『スパイダーマン：ファー・フロム・ホーム』のミステリオの驚異的な物理法則

2019年1月25日午前10時

スパイダーマンの水モンスターの驚異的な物理法則

『スパイダーマン：ファー・フロム・ホーム』の予告編では、悪役のミステリオが水から巨大な怪物を作り出すシーンがあります。そのためにどれだけの力が必要か計算してみましょう。

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正直に言うと、『スパイダーマン：ファー・フロム・ホーム』の予告編で何が起こっているのか、全く理解できていないんです。でも、それでもすごくワクワクしています。興奮するとどうなるか分かりますか？そう、物理計算を始めてしまうんです。それでは、この予告編の一部を見て、何か考えてみましょう。

まず簡単に背景を説明しましょう。コミックでは、ミステリオは特殊効果に基づいた力を持つ悪役です。彼の行動の多くは単なるトリックです。映画版では違うかもしれませんが、念のためお伝えしておきます。さて、そのシーンについてですが、ピーター・パーカーがヴェネツィアらしき場所に水辺などがある場所にいるのが見えます。すると、水の中から巨大な水の怪物が出てきます。これは本物でしょうか？それとも特殊効果でしょうか？誰にも分かりません。しかし、この水の怪物こそが物理学が関わってくる部分です。

ミステリオが水から怪物を作り出す方法を持っていると仮定しましょう。それにはどれくらいの力が必要でしょうか？それを推定してみましょう。

まず、予告編から水のモンスターについていくつか推測してみましょう。それから、はっきりさせておきたいのですが、あのモンスターの正体は私には分かりません。ミステリオの何かかもしれませんし、幻影かもしれませんし、ハイドロマンのような別の悪役かもしれません。可能性はあります。いずれにせよ、ミステリオが実際に水を動かすために何かをしているのではないかと考えています。

私の推定は次のとおりです。

この生物は水でできていて、ほぼ円筒形をしています。
このウォーターモンスターの円筒は高さ7メートル、直径2メートルです。2.5階建てくらいの建物の近くでこのウォーターモンスターを見たので、この名前がつきました。
モンスターは約3秒で形成されます。はい、これは概算です。モンスター全体が水から出てくる様子は見ていないからです。

さて、物理学について少し考えてみましょう。まず最初に考えるべきことはエネルギーです。本を床からテーブルまで持ち上げると、本にはエネルギーが加わります。この場合、それは重力による位置エネルギーです。地球の表面では、重力による位置エネルギーの変化は、局所的な重力場（g）、物体の質量（m）、そして物体の高さの変化（y）という3つの要素に依存します。方程式で表すと、次のようになります。

「零点」は任意の場所に設定できるため、重要なのは電位の変化のみであることを覚えておくことが重要です。零点をどこに設定しても、特定の動きにおける位置エネルギーの変化は同じです。簡単な例として、本を地面から持ち上げる例に戻りましょう。本の質量が1キログラムで、テーブルが床から1メートルの高さにあるとします。1キログラムあたり10ニュートン（実際には約9.8 N/kg）の重力場を用いると、位置エネルギーの変化は10ジュールになります。これは実際に本を持ち上げることで、エネルギーの単位であるジュールの値を体感できる、興味深い問題です。

さて、ミステリオのウォーターモンスターに使う2つ目の物理学的アイデア、つまり「パワー」についてです。パワーとは、エネルギーの時間変化率です。これは、物体のエネルギーをどれだけ速く変化させるかを表す指標です。床に落ちている本の話に戻りましょう。これをテーブルに置くと10ジュールのエネルギーが必要です。しかし、非常に速く行うと、ゆっくりと行うよりも多くのパワーが必要になります。

電力は次のように定義されます:

エネルギーの変化をジュール、時間の変化を秒で測ると、電力はワットになります。でも、物理学の話はこれくらいにして、水の怪物に戻りましょう。ここで2つのことを計算する必要があることがわかります。まず、あの怪物を形成するために水を持ち上げるのにどれだけのエネルギーが必要か？これは、水の怪物であるという点を除けば、床から本を持ち上げるのと似ています。次に、水を持ち上げるのにかかった時間を使って、電力を計算できます。

もちろん、ウォーターモンスターは水面上に留まります。では、重力による位置エネルギーの変化に対する質量と高さはどのように計算するのでしょうか？ウォーターモンスターの底か上かは実際には問題ではありません。重要なのは質量の中心の高さです。モンスターが円筒形（密度が均一）であると仮定すると、質量の中心は円筒の中央付近になります。この高さを既に推定していてよかったです。この高さが、重力による位置エネルギーの変化に対するy軸方向の変化です。

質量はどうでしょうか？もしウォーターモンスターが水でできているなら、モンスターの密度は水の密度と同じで、1立方メートルあたり1,000キログラムになります。つまり、質量を求めるには、シリンダーの体積に密度を掛けるだけでいいということです。

これを使ってエネルギーの変化を取得し、それを時間で割ることで電力を得ることができます。もし私がおかしいと思われたら、Pythonで計算してみましょう。方程式を部分的に計算してから全体をまとめると、どれほど便利かお分かりいただけるでしょう。そう、計算機にはPythonを使うべきです。再生ボタンをクリックしてコードを実行してください。

最終的な電力は約25万ワットです。これはかなり大きい電力でしょうか？比較すると、ノートパソコンは約30～60ワットです。これを電力の単位、つまり馬力に換算した方が良いかもしれません。1馬力（単位であり、実際の馬力ではありません）は745ワットです。つまり、ミステリオ・モンスターがこれだけの速さで水を持ち上げるには335馬力必要ということになります。本当に可能なのでしょうか？かなり頑丈なスポーツカーやトラックがあれば、可能かもしれません。このウォーターモンスターにとっては、それほど突飛な話ではありません。もしかしたら、ミステリオは本当にこの特殊効果のために水を持ち上げているのかもしれません。

ええ、わかっています。ただの映画ですから。でも、だからといって物理学を楽しむのをやめるべきではありません。

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