Fysikken bak Angry Birds

Angry Birds – Sinte fugler – spillet som er blitt lastet ned over 500 millioner ganger har gjort det finske spillfirmaet Rovio kjent over hele verden. På en seriøs naturvitenskapelig side som dette er vi selvsagt ikke opptatt av spill og slikt, her er det kun fysikken bak spillet som gjelder. Av strengt vitenskapelige grunner har jeg derfor sett meg nødt til å tilbringe endel timer med dette spillet for å få tak i alle hemmelighetene bak de sinte fuglenes flukt og deres virkning på de stakkars grisene som de skal slå i hodet. Studiet har til tider vært så intenst at jeg en liten periode lå på litt bedre enn tusende plass blant 6,5 millioner spillere på «Angry Birds HD Free» resultatlisten. Alt i navn av vitenskapen og fysikken selvsagt.

Mitt seriøse funn er at dette spillet kan brukes til … å lære fysikk da alt foregår etter fysikkens lover. NEI, bare tulla, dette spillet følger aldeles ikke fysikkens lover, i hvert fall ikke hele tiden.

Men når det er sagt så følger spillet den viktigste loven, den om at et prosjektil følger en jevn og fin parabelbane.  I hvertfall når det ikke er luftmotstand og det ser ut til å mangle her. De som vil ha formlene for parabelen kan finne det under punkt 1 nederst i artikkelen.

Hvit fugl i fart etter at den har sluppet en bombe rett ned - mot fysikkens lover

Når det gjelder unntak fra fysikk, så tenk bare på den hvite fuglen som dropper en bombe når man trykker på skjermen. Den faller rett ned. Fint kan du tenke, for da er det så mye lettere å beregne hvor den treffer. Men stopp litt, den slippes fra noe som beveger seg med jevn fart horisontalt og så får ikke bomben den samme farten? Sånn er ikke fysikkens lover!!!

Hvis du har forsøkt de forskjellige fuglene: rød, gule, blå, hvite, svarte og grønne så har du sikkert sett at de starter ut med samme fart. Det som gjør det morsomt er jo at de har forskjellig effekt når de treffer, den store røde er som en bulldoser i forhold til den lille spinkle røde. Men det kan ikke skje uten at har forskjellig masse. Det er litt mystisk for en strikk får en viss energi når den strammes. Det meste blir overført til fuglen og det skulle bety at de tyngste får mindre hastighet enn de lette. Men sånn er det ikke, da ville spillet ha blitt veldig kjedelig. Så uten at vi merker det så settes det på en måte inn en kraftigere strikk for de tunge enn for de lette, men vi kan ikke se det for strikken ser lik ut hele tiden. Spesielt interesserte kan se på formel 2 for energibalansen nederst i artikkelen.

Hvis ikke formler er din greie, kan du jo heller tenke på hvilke fugler du liker best, for alle fuglene er selvsagt blitt rangert etter hvor godt likt de er: svarte best – grønne dårligst.

Rød fugl klar for avgang

Likevel kan fysikken fortelle oss masse interessant. Rhett Allain, fysikkprofessor med blogg på Wired.com er kilde til observasjonen om variabel strikk. Han har gjort videoanalyse av spillet og funnet at spretterten må være så stor som 5 m høy og at strikken strammes 2,2 m før skuddet går.  Det er en ganske stor sprettert!

Måten han fant det på var ved å anta at spillet foregår på jorda med vanlig gravitasjon. Når han så måler aksellerasjonen i videoen får han en skalafaktor for størrelse. Formelen i bruk er nr 1 under. Den lille røde fuglen blir da omtrent 70 cm i diameter. Da kan jo noen og enhver forstå hvorfor grisene er så redde!

Nå kunne vi like godt ha tenkt at spretterten og fuglene har normal størrelse og funnet ut hvilken gravitasjon som da gjelder i fuglenes verden. En god del mindre enn 9.8  m/s² ville den ha blitt da – kanskje spillet egentlig foregår på en liten planet eller månen med gravitasjon på bare 17% av jordas? Da ville den røde fuglen ha vært mye søtere og bare 12 cm stor.

Blå fugl etter tredeling, stinne av energi

Den blå fuglen er spesiell for den kan dele seg i tre. Du skal ikke spille mange gangene før du har erfart at det gir mye større effekt. Det er akkurat som om den har fått skjulte krefter. Allains analyse av hastigheten på steiner etter treff med og uten delt blå fugl ga det interessante resultatet at fuglene vinner masse.  Det er prinsippet om bevarelse av massefart som gjelder (formel 3). Faktisk må hver av de tre blå fuglene veie mer enn 10 ganger det den opprinnelige blå veide. Det er vel bare i relativitetsteorien at massen kan øke på en slik måte, og da må det ganske mye større hastigheter til enn her, men i Angry Birds er alt mulig!

Gul fugl etter at den har fått superkrefter

Vi får avslutte med den gule fuglen som også plutselig får superkrefter ved et lite ekstra trykk på skjermen. Men det er ikke det samme hvilken retning den går i. Aksellerasjonen er mye større hvis fuglen har en bane som ikke går for mye nedover. Grensen går ved en vinkel på 20 grader ned fra horisontalen.

Med dette får vi håpe at din opplevelse av dette spillet er blitt litt bedre. Det er klart at dette er et spill og ikke en fysikksimulator. Men det er likevel mange ting som stemmer med fysikk her. Dessuten er det interessant å finne ut hvilke lover som gjelder i fuglenes verden og hvorfor de er endret. Derfor er det fysikklærere som gir oppgaver ut fra dette spillet.

Les fortsettelsen i Angry Birds og supersprett

---

Les mer:

• Engelsk Wikipedia
• The Physics of Angry Birds
• Does the Angry Blue Bird multiply its mass?
• How Does the Green Angry Bird Work?
• Is the Launch Speed in Angry Birds Constant?
• Physics of the Yellow Angry Bird

---

Formler for spesielt interesserte:

1. Tilbakelagt horisontal distanse er og tilbakelagt vertikal distanse i et tyngdefelt er der v_0,x og v_0,y er starthastigheten som fuglen får ved utskyting, g=9.8 m/s² er tyngdens aksellerasjon og t er tiden etter at spretterten slippes. Dette beskriver parabelbanen. Formelen for vertikal distanse brukes til å finne en skalafaktor ut fra antagelsen om at fuglene beveger seg i jordas gravitasjonsfelt.
2. Energibevaring ved utskyting består av tre ledd. På venstre side er energien i strikken minus energien fra at fuglen senkes i tyngdefeltet. Det balanserer mot høyre side som er fuglens bevegelsesenergi. Formelen er der k er fjærkonstanten i strikken, s er hvor langt strikken strekkes, er vinkelen med horisontalen som den strekkes i  (positiv oppover), m er fuglens masse og v₀ er den hastigheten den får ved utskyting. Men effekten av tyngdefeltet er ikke særlig stor på tross av hva Allain sier her. Mitt anslag er v₀ = 21.6 +/- maks 1 m/s, så derfor kan dette leddet droppes.
3. Bevaring av impuls eller bevegelsesmengde ved kollisjon uttrykkes ved at venstre side er endring i fuglens impuls og høyre side er endring i impulsen til den steinen, trebjelken eller grisen som den treffer. Det blir der m er masse og v hastigheten til det fuglen treffer. Dette kan brukes til å finne hvor mye den blå fuglens masse øker ved tredeling, og hvor mye mer fart den gule fuglen får etter vitamininnsprøyting.