你愿意和一只像马那么大的鸭子打架吗?

时间:2024-06-26 17:59:06

网上有这样一道经常被问及的著名问题:

“有一只和马一样大的鸭子,和一百匹和鸭子一样大的马,你更愿意和哪个打架?”

我跟我的孩子说了这个问题,他们愉快地进行了探讨。我的答案是跟马一样大的鸭子。下面我说说物理学是如何帮我做出这个决定的。

你愿意和一只像马那么大的鸭子打架吗?

首先,跟马一样大的鸭子到底有多大?这个问题就不好回答。什么样的马?什么样的鸭子?鸭子和马是高度一样还是体重一样?鸭子的高度指的是自然直立状态下的,还是脖子伸长以后的?没人知道。

当我想起鸭子的时候,脑中总是浮现出一只常见的绿头鸭。根据维基百科,绿头鸭体长50cm~65cm,体重0.72cm~1.58kg。不过,我不确定这里的“体长”是指什么,是把鸭子伸长了量的,还是正常状态下量的?维基百科还列出了鸭嘴的长度为4.5cm。通过一张鸭子的照片,我得出鸭子的身高为27cm。

好了,那么马的情况如何呢?是的,维基百科上也有关于马的页面。通过查阅网页,我了解到一匹普通的马的肩部高度为1.57m,体重为500kg。

你愿意和一只像马那么大的鸭子打架吗?

如果一只鸭子和一匹马一样大会怎样?如上图所示,我假设这只鸭子和这匹马的头顶距离地面的垂直高度相同。通过这幅图我也对鸭子身体侧面的宽度做了估计。

我为什么需要测量这只跟马一样大的鸭子的水平宽度呢?我需要用某种方式估算一下鸭子的体重。假设一只普通的鸭子就像一个球,一只球形鸭子。这时,我估算出这个球体的半径大概是7cm。已知鸭子的体重为1.2kg(我从给出范围内选了一个数值),可以算出鸭子的密度为835kg/m3。

有两点需要说明:这并非鸭子真正的密度,要知道,我用的是整只鸭子的质量和球形身体的体积。另外,即使是用这种方式,算出来鸭子的密度还是小于水的(1000kg/m3)。这意味着鸭子可以浮在水面上。谁都知道鸭子、木头、肉汤还有小石头都可以浮在水面上。

于是我利用这个鸭子的密度可以算出一只跟马一样大的鸭子有多重。鸭子跟马一样大的话,密度还一样吗?我不知道。我没考虑过这个问题。不过,如果你想要这只“马鸭”能浮在水上的话,那它的密度必须小于水的密度。已知一个和马一样大的球形的体积,以及鸭子的密度,可以算出其质量为3000kg。

这是挺大的一只鸭子对吧?为什么鸭子的体重是马的六倍?如果你从正面观察一匹马和一只鸭子你就明白了。比起鸭子,马相对其身高而言要瘦得多看到这里你可能要说,“可别去惹这只大鸭子!”但是请等一下,我说过我宁愿和这只跟马一样大的鸭子打架,是吧?我为什么会这么说呢?我认为这只鸭子没法行动。这么大的一只鸭子显然飞不起来。不过我认为它根本动都动不了。

鸭子能不能飞的起来不要紧。要紧的是鸭子的腿。一只正常大小的鸭子有两条近似于圆柱形的腿。通过观察鸭子的图片,我测出鸭子的一条腿的半径为0.005米。一只普通鸭子两条腿的压缩力有多大?这等于鸭子的体重除以两条腿的横截面积之和。我来考查一下一条腿的情况(比如一只正在走路的鸭子),鸭子必须把全部体重都放到一条腿上。这个压强有150000N/m2。

这看起来是挺大的一个压强,其实不然。骨头的抗压强度是它的一千倍。所以,鸭子能走,不过这个我们本来就知道。

如果一只鸭子变得跟马一样大,会发生什么呢?质量会增加,腿的横截面积也会增加。鸭子变得和马一样大的话,体积会增加到原来的6.85倍,腿的大小也是原来的6.85倍。这样一来,跟马一样大的鸭子的压缩力就是8×106N/m2,差不多是一只普通鸭子的一百倍。也不是说这样的压力就一定会压断骨头,可是,开什么玩笑!这样的话想走起路来就太难了。我认为这只鸭子只会坐在那里嘎嘎叫,只不过叫的声音真的会特别大。我尽可以朝它丢几块石头,直到我被宣布为胜方。

不过要是我理解错了题目的意思怎么办呢?如果鸭子不是和马一样高,而是和马一样重,会是什么情况呢?

假设鸭子的质量和马一样是500kg。如果它的密度和普通鸭子一样,再假设它是一个球体,那么这个球体的半径为0.52m,和一只鸵鸟差不多大。这样的话,我还是更愿意和一百匹和鸭子一样大的马打架。我的理解是,最好别惹不会飞的大型鸟类。芝麻街里的大鸟我不敢保证,不过我一直认为他是个和平主义者。