钢铁侠与绿巨人 钢铁侠打飞绿巨人的一记铁拳有多大力量 物理系助教算出来了
看完今天零点场《复仇者联盟2:奥创纪元》的同学不如来做一道烧脑题,顺便温习一下自己的物理知识。影片中有一个精彩的打斗场景:逃跑的绿巨人与身穿反绿巨人盔甲的钢铁侠对峙,钢铁侠压制绿巨人并对其进行猛烈的殴打,最终将绿巨人重重一击轰了出去。 这场最纯粹破坏力与最尖端科技之间的战斗让人看得热血沸腾,而对于来自美国东南路易斯安那大学物理系的“极客”助理教授Rhett Allain来说,可不仅仅是视觉过瘾这么简单,这位仁兄最爱从各种普通现象出发,向人们讲授其中蕴含或衍生出的物理学知识,虽然,他有时会把东西拆散了却无法组装回原样。这一次,他老人家的心胸大开,不禁想:“钢铁侠要有多大的力量才能把绿巨人打飞出去?”他不仅想,还列出了自己的计算过程。虽然有些数据是估算出来的,但他的计算过程还是在4月29日发布在了Wired的网站上。第一步:绿巨人的重量是多少?阿兰说,计算的第一步是知道绿巨人的重量。但是你怎么知道绿巨人的重量呢?最好假设: 绿巨人的密度和人体相似。绿巨人大约有2.5米高——从他站在美国队长旁边时的高度来看。 绿巨人只是比正常人类大一点点而已。 由于假设绿巨人与人类有相同的密度,便可以通过与人类体积相比较,得出绿巨人的重量。假设将人类和绿巨人的体积用如下的圆柱体来表示:
第三步:绿巨人受拳力:相当于2吨重的物体被压下去
已经算出了绿巨人的重量和初始飞行速度,那么他受到的拳击力是多少呢?因为浩克的重量和最终速度是已知的,他动量的变化也是已知的,这意味着可以用动量定理来计算,公式如下:
在动量定理的公式中,f是合力,p是动量,t是时间。
技术上来说,绿巨人被打之后,自身受到了两种力的作用。一个是拳击力,一个是自身重力。Allain认为,在这里绿巨人的重力可以被暂时忽略。这意味着,只需要知道反浩克装甲从接触绿巨人的身体到离开其身体的时间差,估算一下大概是3帧。也就是说整个接触时间是0.067秒。 这样我们就能计算出拳击力。由于力的方向和动能变化的方向一致,因此计算时可以用标量来代替矢量:这样,我们就可以计算出拳力。由于力的方向与动能变化的方向一致,计算时可以用标量代替矢量:
Allain最后表示,将数据代入上述公式后,得出浩克的拳力可能接近2万牛顿的结论。这是什么概念?让我们转换一下。1公斤物体的重力是9.8牛顿,2万牛顿相当于2000公斤左右的物体Duang压在你身上,让你感到愤怒!但是别忘了钢铁侠使用反绿巨人装甲。
当然,有心的读者也可以想想其他问题。比如,如果钢铁侠用自己的拳头击打绿巨人,而绿巨人用同样的力打回来,绿巨人的还击力,会对反浩克装甲产生同样的效果吗?如果不会,为什么呢?再比如估计反绿巨人铁甲拳的速度。打绿巨人的时候,挥拳头能打多大的力?这个过程要做多少工作? 回到Allain刚才展示的作用力计算过程,他通过估算的数值,得出了可能存在的最大的拳击力,聪明的读者不妨计算一下可能存在的最小的拳击力。恐怕在《复仇者联盟2:奥创时代》上映之前你会很忙。