Ai Có Thể Thực Hiện Động Tác Lật Plank Của Luke Skywalker Trong Return of the Jedi?

Chúc mừng Ngày Star Wars, ngày 4 tháng 5—hãy để sức mạnh thứ tư ở cùng bạn!

Một trong những cảnh quay đặc sắc từ Star Wars: Return of the Jedi là trận chiến trên hành tinh Tatooine tại Sarlacc Pit, nơi cư trú của một sinh vật khổng lồ chỉ đợi để ăn những thứ rơi vào hố cát của nó. (Không cần báo trước: Đã gần 30 năm kể từ khi Return of the Jedi ra mắt trên rạp chiếu. Nếu bạn chưa xem nó đến giờ, có lẽ bạn sẽ không xem nữa.)

Luke Skywalker bị những người gác của Jabba the Hutt giữ. Họ đang đứng trên một tấm ván trên trên đỉnh Sarlacc Pit, và Luke đang đứng trên một tấm ván, sắp bị đẩy vào miệng của quái vật. R2-D2 đang ở xa trên chiếc thuyền buồm của Jabba và đã giữ thanh lightsaber của Luke. Vào đúng thời điểm đó, R2 bắn thanh lightsaber của Luke để nó bay qua hố cho Luke bắt. Khi điều đó xảy ra, Luke nhảy ra khỏi tấm ván và quay mình. Anh ta bắt mép của tấm ván và sử dụng nó như một bảng nhảy để thực hiện một động flip quay trở lại trên thuyền. Bây giờ trận chiến bắt đầu.

Tôi sẽ xem xét hai cử động này—cú ném lightsaber và cú lật ván—và xem liệu có thể thực hiện được cho một con người bình thường hay không, hay bạn phải là một Jedi như Luke. Nhưng tôi sẽ đưa ra một giả định lớn về cảnh này, và bạn có thể không thích nó. Tôi sẽ giả định rằng hành tinh Tatooine có trọng lực bề mặt giống như Trái Đất, vì vậy g = 9.8 newton mỗi kilogram. Điều này có nghĩa là một con người nhảy và một thanh lightsaber ném sẽ tuân theo các quỹ đạo tương tự trên cả hai hành tinh.

Ồ, tôi hiểu rồi: Tatooine không giống như Trái Đất. Tuy nhiên, trong bộ phim nó dường như giống như Trái Đất nhiều (bạn biết tại sao), và điều này cho phép tôi thực hiện một số phép tính thực tế. Hãy làm nó.

Tôi sẽ bắt đầu với thanh lightsaber mà R2-D2 bắn về phía Luke. Chúng ta có thể suy luận điều gì từ phần này của chuỗi hành động không? Tốt, hãy bắt đầu với một số dữ liệu.

Trước hết, tôi sẽ lấy tổng thời gian bay khi thanh lightsaber di chuyển từ R2 đến Luke. Cách đơn giản nhất để làm điều này là sử dụng một chương trình phân tích video; ưa thích của tôi là Tracker. Với điều này, tôi có thể đánh dấu khung video hiển thị vật phẩm rời khỏi đầu R2-D2 (điều này hơi kỳ cục khi bạn nghĩ về nó) và sau đó đánh dấu khung nó đến Luke. Điều này cho thời gian bay là 3,84 giây.

Tôi sẽ giả định đó không phải là thời gian bay thực tế. Tại sao? Trước hết, đó là một khoảng thời gian khá lâu để thanh lightsaber ở trong không khí. Ngoài ra, có khá nhiều điều đang diễn ra trong cảnh quay đó. Trong chuỗi hình ảnh được xem trong bộ phim, R2-D2 bắn thanh lightsaber và chúng ta thấy nó đang nổi lên. Cắt đến Luke thực hiện một vòng lật phía trước lên trên chiếc thuyền. Cắt đến Luke đang đáp xuống, sau đó là một cảnh thanh lightsaber rơi về phía anh ta. Cảnh cuối cùng cho thấy tay của Luke bắt vật phẩm. Đó là nhiều cắt, vì vậy có thể không phải là một chuỗi thời gian thực. Đừng lo, đó là điều bình thường. Đó là những gì đạo diễn phim làm.

Nhưng còn một cách khác để xem xét chuyển động của thanh lightsaber. Nếu tôi biết kích thước của R2-D2 (điều này tôi biết—anh ta rộng 61,7 centimet), thì tôi có thể sử dụng nó để tìm vị trí của thanh lightsaber trong các khung hình video trong khi nó đang ở trong không khí. Với điều đó, tôi có được các dữ liệu sau:

Vì đây là đồ thị của vị trí theo chiều dọc (y) là một hàm của thời gian (t), độ dốc của đường này sẽ là vận tốc theo chiều dọc. Điều này đưa nó lên 8,11 mét mỗi giây. (Người du kích không sử dụng đơn vị Imperial, nhưng chỉ để chắc chắn bạn hiểu, đó là 18,14 dặm mỗi giờ.) Đó là khoảng tốc độ của một quả bóng được ném bởi một con người bình thường.

Với vận tốc theo chiều dọc này, chúng ta gần như đã sẵn sàng để tính toán xem thanh lightsaber nên ở trong không khí bao lâu. Nhưng chúng ta cần một giả định nữa. Vì R2 đang ở trên chiếc thuyền buồm của Jabba và Luke đang trên một chiếc thuyền trôi dưới đó, thanh lightsaber sẽ cần đáp xuống một khoảng cách dưới độ cao ban đầu của nó. Tôi sẽ xấp xỉ một sự thay đổi độ cao là 3 mét, điều này có vẻ hợp lý. Bây giờ tôi có thể sử dụng phương trình chuyển động học sau cho các vật có gia tốc không đổi, giống như thanh lightsaber rơi tự do:

Trong phương trình này, y₁ là vị trí ban đầu và y₂ là vị trí cuối cùng. Hãy đặt vị trí cuối cùng là 0 mét để vị trí ban đầu là 3 mét. Vận tốc ban đầu (v_y1) sẽ là giá trị 8,11 mét mỗi giây, và g là trường trọng lực (9,8 N/kg = 9,8 mét mỗi giây²). Điều duy nhất tôi không biết là thời gian (t).

Cần một chút công sức để giải quyết điều này, sử dụng phương trình bậc hai. Làm như vậy cho thời gian bay là 1,10 giây. Lưu ý rằng đây thực sự là một khoảng thời gian ngắn hơn so với giá trị từ đoạn clip (3,84 giây). Tôi nghĩ khoảng thời gian này đáng tin hơn.

Bây giờ chúng ta có thể xem xét chuyển động theo chiều ngang của thanh lightsaber. Trong trường hợp này, thanh lightsaber là một quả cầu đơn giản. Vì không có lực tác động lên nó theo hướng ngang, nó di chuyển với một vận tốc ngang không đổi. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta biết khoảng cách ngang giữa Luke và R2, chúng ta có thể tính toán vận tốc ngang chỉ bằng cách chia khoảng cách này cho thời gian bay (1,10 giây). Hãy nói rằng đó là 10 mét từ chiếc thuyền buồm đến chiếc thuyền trôi. Điều này sẽ cho thanh lightsaber một vận tốc ngang là 9,09 m/s.

Biết cả vận tốc theo chiều ngang và chiều dọc khi phóng, chúng ta có thể tìm góc phóng của thanh lightsaber. (Điều này là điều mà R2 phải tính toán.)

Thay vào đó, góc phóng này là 41,7 độ so với phương ngang. Điều này có vẻ như là một cú bắn khá hợp lý, nhưng vẫn cảm giác như R2 đã phóng nó ở một góc cao hơn (như 70 độ) để đưa Luke có thêm thời gian để vào vị trí.

(Hãy trung thực: Khi họ thực hiện cảnh này, họ có thể đã chia chuyển động của thanh lightsaber thành hai phần. Phần đầu tiên hiển thị quá trình phóng thanh lightsaber khi nó đi lên vào không khí và sau đó chỉ đơn giản là rơi xuống một nơi nào đó. Phần thứ hai có thể đã được quay khi ai đó thả thanh lightsaber vào tay Luke.)

Bây giờ hãy chuyển sang động tác của Luke. Chúng ta cũng có thể chia nó thành hai phần. Trong phần đầu tiên, Luke bước ra khỏi tấm gạt trong khi quay ngược lại. Anh bắt đầu rơi, sau đó nắm lấy mép của tấm gạt khi anh cách nó ở cánh tay dưới đó. Anh sử dụng tính đàn hồi trong tấm gạt, cùng với cơ bắp của chính mình, để phóng anh lên đến một vị trí cao hơn. Trong phần thứ hai của động tác, anh thực hiện một quay ngược lên trước để trở lại chiếc thuyền trôi để có thể ở trong tư thế bắt thanh lightsaber.

Hãy tập trung vào động tác nắm mép của tấm gạt. Tôi có thể minh họa chuyển động này ở ba điểm khác nhau - bắt đầu, nắm và lật ngược.

Để đơn giản hóa mọi thứ, hãy đại diện cho Luke như một điểm khối, với vị trí của điểm đó ở đâu đó phía trên đường hông của anh. Vì vậy, ở vị trí 1, tôi sẽ đặt vị trí ban đầu này là 0 mét. Một khi anh ta rơi xuống, anh ta giảm xuống một vị trí mới (y₂) dưới giá trị ban đầu này. Và cuối cùng anh ta lật ngược lên đến điểm cao nhất ở y₃.

Có nhiều điều đang diễn ra, nhưng hãy xem xét trường hợp đơn giản nhất bằng cách giả sử một tấm gạt hoàn toàn co đàn và hoạt động giống như một cái đàn. Trong trường hợp đó, không quan trọng bạn rơi xuống như thế nào. Tấm gạt chỉ đơn giản là đẩy bạn ngay trở lại vị trí ban đầu.

Vì vậy, Luke bước ra khỏi tấm gạt và rơi xuống, tăng tốc khi anh ta đi xuống. Anh ta nắm lấy tấm gạt bằng tay, và lực làm biến dạng nó, làm cho nó hoạt động giống như một cái đàn. Điều này không chỉ dừng chuyển động của anh ấy mà còn lưu trữ năng lượng co giãn trong tấm gạt. Sau đó, tấm gạt đẩy anh ta lên và chuyển đổi năng lượng co giãn đã lưu trữ thành năng lượng động. Điều này khiến cho Luke di chuyển lên đến khi anh trở lại vị trí ban đầu, trở lại ở y = 0 mét.

Nhưng điều này sẽ không đủ cao cho Luke để hoàn thành quay ngược Jedi tuyệt vời của mình. Anh ấy sẽ cần phải cao hơn, lên đến vị trí y₃, nếu anh ấy muốn trông phong độ trước tất cả những gã xấu này. Điều này có nghĩa là anh ấy sẽ phải thêm một số năng lượng từ cơ thể của mình vào hệ thống. Lượng năng lượng (E) mà anh ấy sẽ cần sử dụng bằng với sự thay đổi của năng lượng tiềm năng trọng trường (U_g) từ vị trí 1 đến vị trí 3.

(Điều này cũng chính xác là những gì con người không phải là Jedi làm khi họ nhảy.)

Chúng ta chỉ cần một số ước lượng để tính toán sự thay đổi năng lượng. Như là một khối lượng của m = 70 kilogram, một trường trọng lực của g = 9.8 newtons/kilogram, và sự thay đổi cao độ (y₃ – y₁) là 0.5 mét?

Sự thay đổi cao độ khá phức tạp. Tôi nghĩ 0.5 mét có thể đủ để làm một quay ngược, nhưng nếu bạn muốn thực hiện một pha quay ngược ngoạn mục, Luke có thể cần có sự thay đổi cao độ là 1 mét. Hãy chọn phần thấp nhất.

Đặt những giá trị này vào cho thấy một sự thay đổi năng lượng là 343 joule. Trong thực tế, nếu bạn nhặt lên một cuốn sách từ sàn nhà và đặt nó lên bàn, đó mất khoảng 10 joule năng lượng. Leo lên một bậc cầu thang có thể là một sự thay đổi năng lượng lớn hơn 2,000 joule. Vì vậy, một sự thay đổi năng lượng 343 joule không phải là một con số ấn tượng.

Phần khó khăn là sử dụng nhiều năng lượng đó trong một khoảng thời gian ngắn. Chúng ta định nghĩa tốc độ năng lượng là công suất (đo bằng watt) trong đó P = ΔE/Δt. Vì vậy, chúng ta cần ước lượng thời gian mà Luke tiếp xúc với tấm gạt và kéo nó để thêm đủ năng lượng để hoàn thành quay ngược.

Quay lại phân tích video, việc lấy thời gian kéo này khá đơn giản. Có vẻ như Luke đang tích cực kéo tấm gạt trong khoảng 0.166 giây. Bây giờ tôi có thể tính công suất anh ta đưa ra trong suốt thời gian kéo này:

Hơn 2,000 watt có vẻ như một giá trị lớn. Và theo một khía cạnh nào đó, nó thực sự là cao. Máy pha cà phê của bạn có thể sử dụng gần 1,000 watt khi bạn đang làm đồ uống buổi sáng, và máy sấy tóc ở công suất cao sử dụng khoảng 2,000 watt. Con người bình thường tạo ra khoảng 100 đến 200 watt trong khi tập thể dục trong một khoảng thời gian dài, như trên chuyến đi xe đạp, nhưng chúng ta có thể đạt tới 500 đến 1,000 watt trong khoảng thời gian ngắn. Vì vậy, 2,000 watt không hoàn toàn không tin được. Nhưng điều cảm kích là Luke không sử dụng cơ bắp mạnh mẽ nhất của mình—đôi chân. Anh ấy thực hiện điều này với cánh tay của mình.

Và còn một điều nữa: Trong phép tính trên, tôi giả sử tấm gạt là hoàn toàn co đàn. Điều này hoàn toàn không đúng. Khi Luke kéo xuống tấm gạt, một số năng lượng được lưu trữ dưới dạng năng lượng tiềm năng co đàn—nhưng một số năng lượng cũng chuyển thành các hình thức khác như âm thanh, năng lượng nhiệt và biến dạng tổng thể của vật liệu. Một sự ước lượng khá làm mịn là giả sử rằng một nửa năng lượng từ sự rơi tự do của Luke chuyển thành năng lượng co đàn thực sự. Điều này có nghĩa là Luke sẽ phải thêm vào thêm nhiều hơn năng lượng để bù cho sự mất này.

Nếu tôi giả sử anh ấy rơi 2 mét trước khi đụng vào tấm gạt, điều này có nghĩa là nó chỉ đẩy anh ta lên trở lại 1 mét, vì một nửa năng lượng sẽ bị mất. Bây giờ anh ta phải cung cấp phần còn lại của năng lượng để đi từ 1 mét dưới vị trí khởi đầu của anh ta lên đến 0.5 mét cao hơn vị trí đó để có tổng sự thay đổi cao độ là 1.5 mét. Điều này sẽ đòi hỏi một lượng tiêu tốn năng lượng là 1,029 joule và công suất là 6,199 watt. Bây giờ đó là một công suất mà không có bình thường nào có thể tạo ra. Luke sẽ phải rút sức mạnh từ Thế Lực. Và điều đó có nghĩa là động tác này không thể được thực hiện bởi một con người bình thường; bạn phải là một Jedi thực sự.