你能按比例造出一个死星的乐高模型吗?

时间:2023-11-19 04:59:03

里海大学的几位学生对建造一艘死星飞船的成本做了一次了不起的估算,这给了我一些灵感。

地球上没人能真的造出一艘死星来验证他们的估算是否准确。不过用乐高积木确实能造出另一个版本的死星,尽管可能并不符合比例。里面都塞不下几个长着黄色圆形脑袋的乐高人偶,更不要说出现在电影《星战:一个新希望》中的死星飞船上的全体人员了。乐高的确出过许多《星战》里飞船的等比例模型,包括一款老版的已经不再售卖的千年隼(最好的版本)。不过有可能做得出死星的等比例模型吗?

你能按比例造出一个死星的乐高模型吗?

首先,真实的死星有多大?死星一共有两艘,分别出现在《星战》的第四集和第六集。这两艘死星的大小显然不一样。根据星战百科的数据,第一艘死星的直径为160km。一个克隆兵人偶的高度是38.6mm,不包括头发、头盔还有顶部用来连接头发和头盔的小装置。假设人的平均身高为1.77m,那么这个人偶和真人的比就是0.022。

所以,第一个版本的死星的等比例乐高模型直径为“真”死星直径的0.022倍。那么这个乐高模型的直径就是3.52km,也就是刚刚超过两英里,这样一个乐高模型真的挺大的。

如果这个版本的死星出一套等比例模型的话,得有多少块积木?这个问题可不好回答。我们要解决的第一个问题是,这艘乐高死星的内部是什么样子的?内部总要有些东西来支撑起外部结构。如果你想要一个等比例的死星模型,你可能希望这里面应有尽有,包括垃圾压缩机什么的。

假设模型内部拥有结构,我需要估算一下它的密度。我们先来看一下千年隼的模型。根据网站brickset.com的数据,千年隼模型包含5195块积木,体积为84cm×56cm×21cm:假设模型的形状是长方形的话,可以用积木的块数除以体积,求得乐高积木的块数密度为52400块/m3。

这只是个估计值,不过我已经很满意了。的确,千年隼模型里有一些大块的积木,不过也有一些小块的。我想如果死星模型里包含更多大块积木的话,那它的块数密度会小一些。

利用这个密度,和上文中提到的终极死星模型的体积,可以求得这套模型里积木的数量。要想拼出一个半径为1.76km的球形乐高模型,需要1.2×1015块积木。终极死星模型里可能包含更多大块的积木,所以块数密度会更小。我就取1014作为这套模型中所包含的积木的块数吧。

这个等比例模型的质量是多少呢?这时需要知道的就不是块数密度而是质量密度了。同样地,我可以通过考查另一个模型来估计这个质量密度。千年隼列出的装箱重量是24.2磅。这肯定包括了包装箱和说明书。所以可能积木的净重大约9.5kg。那么模型的质量密度就是96.2kg/m3。快速地查看一下出现在《星战》第6集《绝地反攻》中的死星二号的乐高模型,它的质量密度是85kg/m3。数据并不完整,但是完全够用了。

假设死星模型的质量密度是90kg/m3,那么我的超级无敌乐高死星的质量就是2.1×1012kg。

好的,那么这艘死星的成本是多少呢?我就利用现有的数据来估算。因为我之前是把一套乐高积木的成本作为积木块数的因变量,我知道一套积木的平均成本是每块0.098美元。

这可能有点牵强,不过,如果我假设每套积木的成本价随着积木套装的体积始终呈线性变化,那么这套积木的成本价在1013美元左右(不包括装运的费用)。

还要考虑一点,这个死星的等比例模型要往哪搁呢?放在地球表面可不是个好主意。最难解决的是支撑物的问题。假设我建造一个底座来放这个跨度为0.3km的死星模型。它最宽的地方可能有3.5km,但请记住这是一个球体。这个底座会支撑起模型的全部重量,这会产生240MPa的压强。

我带你简单回顾一下压强的概念。假设你把手放在地板上,一个人不穿鞋子踩在你的手上。这样可能只有一点点疼对吧?现在假设同一个人穿着高跟鞋踩在你的脚上,而且还是用细高跟踩的。想象一下就好了,别真这么干,因为真的挺疼的。所以两种情况有什么区别?施加在你手上的力的大小是一样的,但是作用的面积不同。用细高跟踩的时候,因为力的作用面积很小,所以压强更大。那帕斯卡又是什吗?帕斯卡(Pa)是计量压强的一个单位,1Pa等于1N/m2。

那最大抗压强度又是什吗?最大抗压强度指的是一种材料在破裂之前以某种方式所能承受的最大压强。比如你用牙签戳一块石头,石头可能毫发无伤。要是用同样的力去戳一块果冻,果冻就“破裂”了。所以当死星模型给底座施加240MPa的压强时会发生什吗?这个压强超过了大理石的最大抗压强度。大部分材料做这个底座的话都会破裂,要模型底部的乐高积木保持结构完整就更不可能了。

唯一可行的办法是把模型放入环绕地球的轨道,比如距离地球表面300km的近地轨道。300km外的一个直径为3.5km的物体,视直径为0.67°,比月球的视直径大一点点。

这样很棒吧?大家会像汉?索罗那样,把乐高死星错当成月亮。