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美国队长之盾其实是个超级电容?

(文/Matt Shipman)说起美国队长之盾,大家都知道它成名于它对“动能”的吸收。从飞行中的炮弹,到绿巨人的重拳——这面盾牌不仅能保护美国队长的安全,还能让他稳稳地站住。但这格挡的瞬间到底都发生了些什么?

很难解释这面盾牌是怎样工作的,因为在不同的环境下这面盾牌的表现有所不同。它被扔出去的之后,有的时候会嵌进厚厚的墙里,有的时候又会被类似的墙壁弹飞。有的时候这面盾牌似乎能非常轻易地吸收巨大的力量,有的时候它又可以被队长强大的敌人击碎。

“然而从科学的角度来看,我们需要记住我们正在讨论热力学第一定律,”美国陆军研究办公室材料科学部项目经理,北卡罗来纳州立大学材料科学客座教授,同时也是铁杆漫画迷的苏文•马萨杜(Suveen Mathaudhu)表示:“能量是守恒的,它不会消失,只会改变形式。”

“当巨大的能量,例如雷神之锤的奋力一击,击中美国队长的盾牌,那些能量不会凭空消失,得去哪儿。”

正常情况下,这些能量应该要么被储存起来,要么被转换为热量或者声音。但是不论你是漫画爱好者,还是电影迷,都会发现美国队长的盾牌被击中时既不会释放灼人的热量,也不会发出尖锐的啸叫——《复仇者联盟》电影中被雷神击中的那次发出声音的其实是锤,而不是盾。

“没有发出声音或者热,说明打击的能量应该以某种方式被吸收了。制成这面盾的汎合金(vibranium)内的原子键一定能够以某种形式储存这些能量。” 马萨杜说。

在漫画中,分子人暗示这面盾的分子结构在某方面是“最奇怪的”,当然做出如此推定的权威应该不止分子人一位。基于这样的发现,马萨杜认为美国队长的盾本质上是像电池一样工作。(毕竟,托尼•史塔克在《钢铁侠2》里发现的用作电源的元素也是这种汎合金。)

但是这面盾牌也表现出电容的功能——能够非常快地处理大量的能量。(一个非常简单的类比:电容,就像你手机上的闪光灯,能够很快地吸收与释放能量;电池,呃就像你手机上的电池,吸收与释放能量的速度都有限。)

这意味着美国队长的盾是一个超级电容(或许汎合金的原子可以像石墨烯一样组合?),可以像电池和电容的混合体一样工作。但是美国队长的盾储存的能量如何释放出来呢?

“如果能量是储存在盾牌的原子之间的话,这可以解释这面盾物理性质的多变性。” 马萨杜说。

例如,或许这面星条盾的超级电容特质可以解释它经由数个平面的反射最终回到队长手里(在漫画里经常出现)所需的能量来源,也可以解释它为何可以在一击中释放足够的能量,以劈入冬兵的超强电子臂(就像最新的美国队长电影中表现的那样)。

这其中当然有一部分来自美国队长的力量,但是盾牌本身应该也发挥了作用。

在真实世界中,将动能转化为可储存的能量并不稀奇,例如在某些汽车中踩刹车就能给汽车电池充电,其中用到的飞轮与发电机技术就是一个常见的例子。

就像漫画中经常出现的一样,其中有合理的科学内核——只是美国队长的盾向前更进了一步而已。

编译自 livescience: Why Captain America’s Shield Is Basically a Star-Spangled Supercapacitor

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发布于2014-05-09, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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