Dlaczego tarcza Kapitana Ameryki odbija się od ścian?

Jest to jedno z pytań, które fani Marvela na całym świecie często sobie zadają. Skoro główną cechą vibranium jest to, że pochłania duże ilości energii kinetycznej (o szczegółach możesz poczytać tutaj), to dlaczego tarcza Kapitana Ameryki nie spada na ziemię, kiedy uderza w ścianę? Czy energia kinetyczna nie powinna po prostu zostać pochłonięta? Aby w końcu odpowiedzieć na to pytanie i dowiedzieć się, czy tarcza rzeczywiście pochłania energię kinetyczną, musimy ustalić co dzieję się z tą energią później.

Obiekt w ruchu posiada energię kinetyczną równą 1/2 pomnożonej przez masę ciała i jego prędkość do kwadratu. Ciało posiadające energię kinetyczną przestaję się ruszać ponieważ działa na nie jakaś zewnętrzna siła. Energia zamienia się na dźwięk lub ciepło. Może też zdeformować ciało. Ale tak naprawdę nigdy nie widzimy, aby Tarcza Kapitana Ameryki się nagrzewała lub została zdeformowana.

Więc, co robi Tarcza z energią kinetyczną, kiedy już ją pochłonie?

Jedynym dobrym wyjaśnieniem jest twierdzenie, że absorbuje energię kinetyczną i przy każdym uderzeniu energia wraca. To wyjaśniałoby dlaczego Tarcza się odbija.

Bawiłeś się kiedyś kangurkiem, prawda? Kangurek odbija się, ponieważ jest zrobiony z materiału, który łatwo się ugina w momencie styku z jakąś powierzchnią. Kiedy piłeczka o coś uderza energia kinetyczna jest zamieniana w sprężystą energię potencjalną (o której pisaliśmy przy okazji omawiania kostiumu Czarnej Pantery). Kangurek działa wtedy jak sprężyna. Kiedy osiągnie limit sprężystej energii potencjalnej i zostanie ściśnięty, atomy zaczynają wracać do swojego oryginalnego położenia. Dzieje się to na tyle szybko, że energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną sprawiając, że piłeczka się odbija.

Zwykle materiały, które dobrze się odbijają są sprężyste. Pewnie myślisz o czymś podobnym do gumy, ale metale również są elastyczne. Niektóre nawet bardziej od gumy. A jest tak ze względu na definicję terminu.

Sprężystość to zdolność materiału do oparcia się deformacji i powrotu do pierwotnego kształtu. I jeśli rozrysujesz sobie ile siły potrzeba na daną powierzchnię, aby trwale odkształcić metal otrzymasz coś takiego:

W zasięgu liniowym (na wykresie znajduje się tam Tarcza Kapitana Ameryki) każda ilość energii jaką wprowadzisz może potencjalnie powrócić jako energia kinetyczna. Dopóki nie miniesz punktu niepowodzenia (zaznaczone smutnym kosmitą), gdzie dochodzi do zbyt dużego odkształcenia.

Problemem dla większości metali jest fakt, że łatwo mijają punkt niepowodzenia, odkształcają się i nie są już zdolne się odbić. Dzieje się tak już przy uderzeniach z prędkością 0.1m/s. A chyba zgodzisz się, że Kapitan rzuca Tarczą dużo szybciej.

Elastyczność

Ustaliliśmy już, że metale są bardzo elastyczne w odpowiednich warunkach, ale czy rzucanie Tarczą stwarza takie warunki? I tutaj właśnie pojawia się vibranium. Istnieje miara, która pokazuje jak dobrze ciało radzi sobie z oddawaniem i pochłanianiem energii kinetycznej. Jest to tzw. współczynnik odbicia. Jego skala zaczyna się od 0 i kończy na 1. Im bliżej jedynki znajduje się wynik, tym lepszy współczynnik odbicia posiada ciało.

I tak na przykład paczka mrożonego groszku raczej nie ma dużego współczynnika odbicia, piankowa piłka ma niewiele lepszy. Piłka do tenisa ma wystarczająco dobry współczynnik, żeby zbudować wokół tego cały sport, a kangurek jest na tyle dobry, że można go sprzedawać tylko w oparciu o to, że fajnie się odbija.

Jeśli Tarcza Kapitana Ameryki ma być na tyle dobra, że jest w stanie pochłaniać i oddawać energię kinetyczną, to vibranium musi mieć współczynnik odbicia bliski 1. I mogłoby tak być, gdyby mieszanka vibranium, stali i czegoś jeszcze była stworzona w idealnych proporcjach, aby na to pozwolić.

Można obliczyć współczynnik odbicia znając plastyczność materiału i dzieląc ją przez napięcie podzielone przez wytrzymałość.

Jeśli plastyczność materiału jest większa, lub zbliżona do wartości napięcia podzielonego przez wytrzymałość, to otrzymamy wynik bliski 1. Kulki Newtona mają współczynnik odbicia bliski 1, dlatego działają. To zadziwiające ile energii kinetycznej wraca do kulek w trakcie uderzenia. Jeśli wszystkie te własności mają przybliżone wartości, dzieją się ciekawe rzeczy.

Elastyczne vibranium

Vibranium pochłania energię kinetyczną. Oznacza to, że powinno być sprężyste i praktycznie niezniszczalne. Oznacza to, że materiał ma dużą plastyczność. Więc jeśli Tarcza została stworzona w sposób, który równoważy te właściwości, powinna mieć niezrównany współczynnik odbicia przy prędkościach, które odkształcają inne metale.

Jeśli tata Tony'ego Starka zbudował Tarczę z okręgów vibranium (a na to wygląda) to można ją odkształcić na krawędziach. Oznacza to, że Kapitan Ameryka rzuca tarczą, a ta odkształca się w podobny sposób jak kangurek i wraca do swojego pierwotnego kształtu. Pozwala jej to zachować więcej energii kinetycznej, niż jakiemukolwiek innemu metalowi.

To dlaczego Tarcza Kapitana odbija się, jeśli powinna pochłaniać energię kinetyczną?

Musimy bliżej przyjrzeć się możliwościom. Co dzieje się z tą energią, kiedy już zostanie pochłonięta? Tarcza stworzona jest ze stali, vibranium i adamantium.

Jeśli przyjrzymy się Tarczy, zobaczymy wspomniane wyżej kręgi, z których tarcza się składa. O ile większość kręgu stworzona jest z vibranium, o tyle jego krawędź (wgłębienie) zrobione jest z adamantium, tego samego metalu, który Wolverine ma w swoim szkielecie.

Adamantium nie pochłania energii kinetycznej. Zamiast tego odbija ją, co pozwala wrócić jej do krawędzi tarczy.