[What if]第39期——不安分的冰球

原作:http://what-if.xkcd.com/39/

译者:猪的米

What if 系列:https://songshuhui.net/archives/tag/what-if

如果你想击出一颗冰球并指望它把对面守门员一起撞进球网里,那么你得花多少力气?

—— Tom

回答

这不仅仅是你以多大的力气去击球的问题,我的这篇博文里讨论的就是没有速度限制的情况。一个地球人用一根棍子没法击出时速远大于约50米/秒的球,所以我们得假设冰球是被一个冰球机器人,或者一个电动滑板,再或者是一个超音速瓦斯炮发射出来的。

这个问题说到底就是冰球运动员太重,而冰球太轻。一个穿戴全副装备的守门员的重量是冰球的600倍左右,即便是以最快速度击出的冰球的动量也不超过一个10岁小孩儿以1英里/时的速度滑冰时的动量。

冰球运动员与冰面之间的作用力也很大。一个全速滑行的运动员能在几米距离内停下来,这意味着他与冰面之间的作用力相当可观(这同时说明如果你慢慢抬起冰球场的一边,那么倾角需要达到50度才能让所有运动员滑到另一边去。当然了,这个还得去做实验验证下)。

基于我对冰球视频中碰撞速度的估计,以及我的一位玩冰球的朋友给我的一些帮助,我推算出一个165克重的冰球需要以2马赫到8马赫之间的速度运动才能使守门员被反冲到网里——如果守门员稳稳地站在冰面上的话速度要更大些,如果以向上的角度击打冰球的话速度会低一些。

以8马赫的速度发射一个物体本质上来说不是很困难,要实现它最好的方法就是前面所说的超音速瓦斯炮,其实——就核心原理来说——它跟发射BB弹的BB枪没有区别……

03100746_27638

但一个以8马赫速度运动的冰球会碰到很多问题。虽然它在尺寸上和棒球不在一个数量级上,但冰球前部的空气会被急速压缩,因而温度会急剧上升。但它不会像陨石那样速度快到足以电离空气并在身后留下一条发光的尾迹,但(只要时间足够长)冰球的表面将开始融化或碳化。

而空气阻力将使冰球迅速减速,所以当一个被以8马赫的速度发射出来的冰球到达对方球门时可能速度只有初速度的很小一部分了。就算它仍保持8马赫的速度,它也不太可能击穿对面守门员的身体。相反它会因为剧烈的撞击而四分五裂,威力相当于一个大型爆竹或者一小条炸药。

如果你能像我这样,那么你在第一眼看到这个问题时你想到的可能是冰球飞出一个洞口的卡通画面。但我们对于各种材料在极高速下会发生的变化的直觉是十分不正确的。

相反,实际的场景大概是这样的:想象一下你以最大的力气把一个成熟的西红柿往一个蛋糕上砸……

goalie_cake

这有助于你想象那个冰球砸中对面守门员后会发生什么……

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Categories