人能拉动卡车吗?

时间:2023-11-19 04:19:04

现在的电视屏幕上充斥着让人眼花缭乱的节目“秀”,其中不乏一些声称自己是科学节目的,但也许它们真的只是一些娱乐节目罢了,根本算不上什么科学。我看过的众多所谓的“科学节目”中就有一个这样的节目,它美其名曰“运动科学”。很显然,我可不是这个节目的粉丝。虽然这档节目的图像制作堪称精良,但谈论运动原理的时候却缺乏了运动的“科学性”。

“运动科学”中有一集里描述了马肖恩·林奇,他是一位美式橄榄球运动员,力大无穷。那期节目的主题就是把他的力量和卡车的力量相比较,并展示给观众看。在我的这里你自然是无法看到视频的,所以在此让我先简要介绍一下在这场特殊的表演活动中的一系列步骤:

●马肖恩·林奇的形象真是酷呆了(可能确实如此吧)。

●马肖恩·林奇身上配备了无线运动传感器,以测量他身体的一举一动,节目组还为他创建了身体的实时动画骨架。其实除了这个动画之外,那个传感器没有什么作用。

●马肖恩·林奇在一块人工草皮上拉一块585磅重的雪橇,拉动的距离为5码(约合4.572m),耗时的大约11秒。节目组就使用这些数据来计算马肖恩·林奇的力量。

●然后,他们准备了一个由一个325马力的引擎发动的6700磅重的柴油车,在沥青马路上试图拉一块重达17000磅重的混凝土块。在进行这个比较试验之前,他们预先设定了卡车和混凝土块的重量之比,这个比率和马肖恩·林奇的体重和雪橇的重量之比是相同的。

●货车拉不动混凝土块,这个也许不奇怪吧。在试图拉动的时候,卡车只有一个车轮在旋转(他们甚至没有动用一辆四轮的卡车)。

上述就是整个一期的内容情节。

人能拉动卡车吗?

这一集在内容上有两个致命弱点。首先,功率。你是如何计算功率的?功率是做功的速度。所以,取那个人做的功的总量除以他需要做功的时间,你就可以得出功率了。如果一个人拉动某样物体,这个人所做的功将是拉力乘以物体移动的位移(前提是力的方向和运动方向一致)。

“运动科学”声称马肖恩·林奇身体每千克体重的功率为573W。他们怎么拿到这个数据的?起初,我还以为他们是把雪橇的质量和轮胎的质量(2600N)加到一起然后乘以距离4.6m,然后除以11s的时间算出来的。这样计算功率结果是1000W,因为马肖恩·林奇的体重大约为100kg,即每kg体重约10W。

真奇怪啊,这个数值和他们声称的每千克体重573W相差甚远,简直风马牛不相及。根据他们计算的结果,马肖恩·林奇总功率(根据运动科学)将达到57000W。这个数值之大简直是无稽之谈了。要接近这一功率值,他必须拉着这些重量的物体在11s内跑完两个足球场的距离。

即使马肖恩·林奇在5s内(我想通过缩短时间来帮助提高功率)拉动雪橇4.6m,他将不得不以62000N的力来完成这件事。我相信马肖恩·林奇的的确确是一个身强体健之人,但再强健也不可能有这样大的力气,所以我实在是不知道节目组是怎么算出这个超人功率的。

虽然以上问题我都解决了,我还想指出另一个谬误。功的大小取决于马肖恩·林奇施加在雪橇上的力,但请注意力的大小跟雪橇的重量其实不相干。任何人都可以移动一件重量为585磅重的东西。其实,我那个6周岁的女儿还能拉动一辆家用汽车呢。她在同龄人里可以算得上力量出众了,但如果车是在水平地面上,要拉动它也并非那么困难。只要确保有个成年人能待在车里及时刹车,千万别让汽车被拉跑了就行了。

如果没有太多的摩擦,即使是很小的力都可以改变物体的运动。要加速到特定速度也只需要一点时间就可以完成了。绝对不该使用整个汽车的重量来计算所作的功,因此计算功率则是错上加错之举,除非你是在垂直提起车辆。

那么,如何计算摩擦呢?让我们再回到马肖恩·林奇用雪橇拉动轮胎的那场“秀”。假设他在某一小段时间内他以恒定速度拉雪橇(这样一个假设非常合适)。那在这种情况下,雪橇上的合外力就必须为零。如果合外力不为零,雪橇就将加速。因此,作用在雪橇之上的是什么力?雪橇受到地球的地心引力和地面对雪橇的支持力。如果没有其它的力,这两个力大小是相等的。最后,还有一个力,即与马肖恩·林奇拉动方向相反的一个摩擦力。

如果马肖恩·林奇拉成一定角度,情形就有点复杂了。我暂且认为他拉力的方向和地板保持水平,大小等于雪橇受到的摩擦力。雪橇的摩擦力取决于两种材料(金属雪橇和人工草皮)界面间的相互摩擦以及地面对雪橇的支持力。

作用在马肖恩·林奇上的力呢?无论他对雪橇施加多大的力,雪橇都会原封不动的还给他。就马肖恩·林奇做受力分析,由于合外力必须为零,地面对他的摩擦力必须和他的拉力相等。但是请记住,这个结论仅限于绳子水平的情况下。如果他向上拉动绳子一点点,就会增加地面推他的力,这将反过来增加摩擦力。同时,这将减少地面对雪橇的支撑力,并减少地面对雪橇的摩擦力。你也必须考虑不同类型的地面与雪橇、鞋之间的接触面之间的摩擦系数问题。如果马肖恩·林奇穿着皮革鞋底的礼服鞋,不管他力量是多么强大他都不能拉动雪橇,相反,他还会滑倒。同样道理,如果雪橇底部覆盖着和真皮鞋子相同的防滑材料,他也会滑倒。他之所以会滑倒是因为雪橇上的摩擦力大于他的拉力。

在“运动科学”里,他们试图将马肖恩·林奇的力量和卡车的力量做对比。为了让对比显得更加公平合理,节目组希望找到一个与马肖恩·林奇拉雪橇的相称的动作来做进行比较。马肖恩·林奇拉的轮胎质量是其体重的2.6倍,于是,他们找来一个6700磅的卡车,拉动一个重量为卡车重量2.6倍约为17000磅重的物体。这样就显得很公平了,对吗?当然不是!首先,在卡车是停在沥青路路面上的,并且也是在沥青路上拉混凝土块的。第二,马肖恩·林奇拉动时轮胎是在转动的。这样的比较你认为能称其为相称吗?

为了和卡车每千克质量的功率相匹配,你甚至连手指头都不需要动一动。据视频里说该卡车具有325马力的发动机功率。除以卡车的质量,卡车的每千克质量的功率为80W。

节目最后想证明按单位质量(kg)计,马肖恩·林奇比一辆卡车力量更大。在短距离内这个说法可能成立。因为他的质量大约为100kg,他只需要产生800W就可以取胜了。但这是很困难的,但也许并非完全不可能。如果他在10s内能拉动雪橇移动4.6m,他将须以1739N的力来拉。这么大的力非一般人力可为,但理论上还是有一定可能性的。

你知道吗?其实你可以直接测量他拉雪橇的力。你需要做的就是把一把弹簧秤放在他和雪橇之间,再加上秒表,你就可以迅速方便地计算出你想要的数据了。当然,你的技术还没有办法跟节目一样制作出一个令人印象深刻的骷髅动画图形,但你却可以做一些内容精彩、真正的科学节目。