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/ T# M( g+ [- l/ \" I$ _2 M S（文/Rhett Allain）我蛮期待《美国队长：冬日战士》的。上面这段视频能让人看得热血沸腾。美国队长在里面不背降落伞便跳出了机舱并落到了水里。显然我不会玩这一手——但这一手是不是可行的呢？别忘了，美国队长的超能力无非是成为最强壮的凡夫俗子。他并没有超人的力量。9 i5 @2 l5 I z
他落水时速度有多大？美国队长跳出机舱之后，采用的便是跳伞运动员的标准自由落体姿态。在这种姿态下，他很快就会达到极限速度，这时向上的空气阻力在数值上等于向下的重力。对于采用这种姿态的普通跳伞运动员，我一直把极限速度设为大约120英里/小时（53.6米/秒）。因此，我们就假设这是他下落时的速度。5 p2 Y' b$ ?: {
但是等一下！在自由下落的最后，他改变了姿态，好让脚先触水。
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美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
美国队长的跳伞姿态（左）和入水姿态（右）。嗯，美国队长的完美线条被简化了。图片来源：Rhett Allain( `4 E/ ?0 _. b k, e" V
在第二种姿态下，他的横截面积减小，因而降低了空气阻力。这意味着他会再次加速。我不打算估算站立姿态的横截面积以及阻力系数，而是直接使用这个网站的数据——站立姿态下的极限速度是大约170英里/小时（76米/秒）。9 C0 a# O$ U* _4 e2 s) ]
但是他有时间到达新的极限速度吗？让我们假设他以53.6米/秒的速度进入站立姿态。我根据视频粗略的估计是入水之前他采用这个姿态大约4秒。1 B+ `1 `8 n7 d
如果他确实到达了站立姿态的极限速度，那么下列等式将成立：1 S) ~9 `$ P0 `9 }- B w
美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
8 b) q! O6 }! ?2 r, I因为我知道这个极限速度是多少，我便能够求出ρAC的值（ρ是空气密度）。我还需要一个数据——美国队长的质量。我要假设是90千克。那么式子将变形为：
; [% L+ X& e: B/ d1 l# p' f
美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
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这时我就可以利用这个值来为美国队长改变姿态后的速度建模。由于空气阻力取决于他的速率，最简单的办法就是建立数值模型来计算他在这4秒之内的速度。
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美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
" W0 f! G/ q4 j6 q& _4 i/ ~这样算出来他的入水速度是67.2米/秒。哦，是的——他中间确实翻了个身，但是我不予考虑。他就是在耍帅而已。7 ^' R) Q) b: i
水中减速下面来看水下的部分。这部分的估算相当困难。以极高速度运动的人体和水的相互作用，与在天空中下落时可不是一回事。不过我会尽量去算。事实上，我要以对高台跳水的一些分析入手。一开始我看了一下这个相当来劲的高速摄影水下视频。$ Y& H2 X) @) X/ C7 o
7 C' Q3 C+ A( V9 ^+ v7 b, s它展示的是一名跳水者进入水中，但是我得不到足够的有用数据来算出加速度。因此，我会只做一下粗略的估计。$ b3 @3 k4 L/ N! r6 `
我会使用与在空气中同样的模型来计算阻力，只不过水的密度要大得多（空气密度是1.2千克/立方米，水的密度是1000千克/立方米）。如果我假设美国队长在水中和空气中的阻力系数和横截面积都一样，那么我得到的AC值是0.255平方米（根据站立姿态极限速度）。* j; e0 P; l1 z
他只有一部分身体在水中的难缠阶段我就忽略不计了。下面我可以回到我的数值模型，仅仅修改一下密度。下图是他以67.2米/秒的速度入水后速度与时间的关系。. r% T1 p l3 g) L* h" g( g
美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
) d3 @' F" n0 T) f4 f我仅仅绘制出了他的速度降到5米/秒之前的情况。说实话，我关注的只是最初的加速度。不过，我刚刚意识到我忽略了浮力——我觉得这倒也没什么，因为这只是一次估算，而且有那么多的气泡，浮力也不太可能会符合普通模型。) ?4 X7 T' a8 h- e2 C. H+ x4 r
看一看最初0.01秒的运动，美国队长的速度从67.2米/秒降到了34.2米/秒。使用0.01秒的时长，我们得出平均加速度是……3300米/秒2，或者337g。$ L# d3 M/ U4 P
这是不是太大了？
; Y. U( h1 }2 b2 G' p0 @: ~根据维基百科上关于加速度承受能力的词条，人类可以在极短时间内挺过100g的加速度。这确实是极短的时间，但是加速度比100g高很多——我想我该补充一句，记录中人类幸存下来的最大加速度是214g。9 ~' A. ^- N% H! l
不过别忘了，这可是美，国，队，长。6 u! k2 O: x6 i" R- ]) [0 t) A
美国队长：不背降落伞，就敢跳飞机？
是的，当时就是这样。图片来源：moviewallpapers101.com
3 \1 ]8 N4 O5 |& U编译自：Rhett Allain. Could Captain America Jump Without a Parachute? WIRED文章题图：hollywoodreporter.com 1 x2 s( T) h0 `! p2 Z
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狗仔卡
发表于 2015-10-8 17:31
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