2010年2月21日星期日

刀丝杀人之力学分析-科学松鼠会

来自"科学松鼠会"的最新文章,如果您不希望再收到此邮件,请退订;如果您需要更换其它邮箱接收邮件,请点击这里

刀丝杀人之力学分析

Sun, 21 Feb 2010 14:24:36 +0800

[编辑小庄按] 在第五期征文中,这是最最让我纠结的一篇,纠结原因在于,如果按照比较严格的甄选科普文章的标准来衡量,它很多方面会存在争议,但如果按照"与科学有关的好看文章"这个说法来,它着实有点让我爱不释手。本着有趣的东西要分享的原则,还是下了一个决心,把没有获奖却打动了我的它贴出来。愿这位并非理工科出身作者的想象力、眼光、大胆和风趣也能够打动你,嗯,不走寻常路,不写寻常文,大家都去探索多一些的可能吧!

原标题为"鬼魂研究生的博客",发帖时做了个修改,以更贴切内容一些。

文 赏金师

我又开始纠结了。

老鬼们说,越纠结的鬼魂,便越不能够超生,阴魂会久久不散。

我的前生,是医学院的研究生,我死的离奇而迅速……鬼魂的世界没有人体可以研究,我们都这样飘来飘去……每当我想起自己未完成的实习报告,甚至无法捶胸顿足,人死了,就没有胸和足了……你不能理解我,就更不能理解我为什么飘到电影院看"风云2"了……那一幕——绝无神被困于步惊云的刀丝阵下,步惊云开始发力,巨大的力,使得绝无神的盔甲开始崩裂……

我一直在想,在人类社会,刀丝能不能作为居家旅行,杀人灭口的必备良药呢?

我开始纠结了……

 

一.一个基于步惊云刀丝阵的受力分析

clip_image002

人类力学中关于压强的公式很简单:

"压强 = 压力 / 受力面积"

在同样的力的作用下,为了使物体受到更大的压强,必然要减少其受力面积。每把刀都是基于这一原理制造的。刀丝,可以看作是除去刀身的刃条,将受力面积相对最小化的产物。就人类的日常生活来说,切同样一种东西,无论是刀还是刀丝,压强的差别并不大,区别在于人手发力的方便程度。刀丝的应用极为广泛,豆腐坊用来切豆腐的线,采用水切割技术解决航空公司的飞机钛合金板材,最钝的与最锋利的,仅在一线之间。

在分析步惊云是否能切开绝无神的盔甲之前,我先做了如下的一系列假设:

1.假设绝无神盔甲的质地是金刚石(如果不是金刚石,无法抵挡无名的万剑归宗)。

2.假设步惊云用的刀丝直径为1毫米,他切绝无神一下用1秒,切入距离为5厘米(皆为电影桥段目测值)。

3.假设步惊云身高18 体重也是180(你不要说他是个桶),并且比白俄罗斯90kg级举重的世界冠军雷巴科夫手劲大10倍(不哭死神)。

证明:步惊云是否能切开绝无神的盔甲?

以下是我的证明:

∵ 人类传统的金刚石切割技术是把极小的金刚石颗粒制作成砂轮,用这种砂轮打磨,达到切的效果。这种砂轮机的功率大约为35kw。

35kw=35000w(已知),P=W/t t=1s(功率公式)

∴ W = P·t = 35000J(焦耳)

又∵ W = F·s (做功公式)

∴ F = W/s =35000J÷0.05米 = 700000 N

由此可见,将一块金刚石1秒钟切开5厘米所用的力为70万牛

∵ 雷巴科夫的抓举记录为186kg,步惊云是他的10倍,即1860kg

1860kg · 9.8N/kg = 18228 N

当是时,步惊云距离绝无神7米左右,但由于他用的是刀丝,可以把绝无神看做一个定滑轮,使得步惊云无论从什么方向发力,力的大小不变。

刀丝的直径为一毫米,其体积所产生的重力忽略不计。

18228 N 远小于 700000 N

因此,步惊云无法切开绝无神的盔甲,哪怕绷开一个缝都做不到……(证毕)

然而,步惊云做不到的事情,其他人并不一定也做不到,在我查阅了大量影视资料之后,发现以下两个成功的刀丝杀人案例,为了让我不再纠结,我也对其一一做了验证。

 

二.刀丝杀人——同一样的刀丝,不一样的速度

例1:香港电视连续剧《败家仔》

clip_image003

这是一部讲述侦探人格分裂的后会有多么牛*的电视剧。值得一提的是,我生前甚至没有听过张卫健这个名字,而死后却觉得他的演技委实不错。

其中有一个桥段是这样的:A为了杀死B,在B的必经之途上做了手脚,他将一条刀丝拴在两棵树的中间,绷紧,正好是B骑马时喉咙所在的高度(别问我他是怎么算出来的),当B的快马经过时,A利用快马的速度,和刀丝对人类颈部的压强,将B的头齐颈切断。

同样,在得到一些数据之后,我做了如下的假设:

1.假设B和马的重量为160kg + 800kg = 960kg

2.假设B骑的是汗血宝马,做匀减速速直线运动,初速度为60km/h,末速度为54km/h

3.假设A的刀丝也是直径1毫米

4.假设刀丝切头颅的摩擦阻力极小,切掉人类头颅的时间是2秒(考虑到皮肤的弹性)

计算:A谋杀B的刀丝用了多大的力?

解:∵ 汗血宝马的速度为60km/h,60km/h =(60÷3.6)m/s ≈ 17m/s

17m/s · 2s = 34m (汗血宝马在2秒内的位移是向着刀丝方向前进34米)

初始速度V0 = 17m/s,终止速度 Vt = 15m/s

∴ 加速度a = (V0 – Vt)/ t = (17 – 15)÷ 2 = 1 m/s^2

∴ F = ma = 960kg·1 m/s^2 = 960N

由此可知,B在其生命的最后两秒,受到了960N的刀丝压力

1牛相当于拿起两个鸡蛋的力,960牛便是拿起1920个鸡蛋的力。

给1毫米直径的刀丝如此大的力,2秒的时间内,完全可以无视皮肤和骨骼的邵氏硬度,做到真正的砍头如切菜……

例2:AV国动画——《名侦探柯南》

clip_image005

过山车刀丝杀人事件出现在日本动画"名侦探柯南"的第一集,那时的主角工藤新一还没有被药小。柯南是一部很有喜感的动画片,与上一个例子不同,主人公没有心理分裂,而是生理分裂。如同人死了之后,魂会飘出来一样,令我倍感亲切。

一个姑娘,为了爱情,利用身为一名体操运动员的平衡,在过山车过洞的时候,给前男友的脖子上套上了刀丝,利用过山车极快的速度,达到了其头颅上飞的目的。

这次,我们用动量定理来计算一下,姑娘谋杀她的前男友的刀丝用了多大的力?

1.假设他们在日本长岛温泉公园,这里的过山车下降的平均速度为150km/h

2.姑娘套刀丝的所有细节忽略不计,总之她成功了!

3.假设刀丝的直径为1毫米,爱情的力量忽略不计(咱鬼魂不信这个)

4.假设过山车的质量为500吨,下坡时� 自由落体运动,加速度为g = 9.8m/s^2

5.假设切割时间为0.5秒

解:根据动量定理,物体所受合力的冲量等于物体的动量变化,由此得出冲量是力在时间上的积累效应。

150km/h ≈ 40m/s 40m/s · 0.5s = 20m

500t = 5000000kg

在加速下降过程中,g = (Vt – V0)/t = 9.8m/s^2

得:Vt ≈ 45m/s

动量定理公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力。当合外力为变力时,F是合外力对作用时间的平均值,t为合外力的作用时间。

Ft = v0m – vtm

F = (v0m – vtm)/ t = (40·5*106 – 45·5*106) / 0.5 = – 5*107N

即5千万牛,方向与过山车的速度相反。

∴ 姑娘杀其前男友的刀丝可以使出5千万牛的力(巨寒)

 

三.为了加强证明与计算过程的严谨性,还需要考虑到刀丝的材质

钢琴线

要了解钢琴线的抗拉强度,首先要了解钢琴的发音原理。钢琴属弦击类乐器,在按下琴键的本质,是敲打一根根拉得或松或紧的钢做的弦,抗拉强度可达3000MPA,也就是最高可达300kg/m2,较高音的弦很细,的确可以轻而易举的切断人类的皮肤、喉咙、气管以及血管。

钓鱼线

聚乙烯高性能钓鱼线的线体包括一心蕊和包覆于心蕊外围被覆层,该心蕊是以低熔点聚乙烯与硅氧树脂及中间介质丙氢类—正己烷混合而成的混合体结合于编织形成的多股由聚乙烯单丝组成的复丝间所构成,该被覆层是以上述的混合体构成。该混合体可均匀且被稳定地存在于蕊线的各聚乙烯复 ��间,其外围并包覆该混合体被覆层,可确保该钓鱼线具有高强度及更加稳定的韧性及较高耐磨性。

由此可知,无论如何,步惊云在人类社会都无法切开绝无神的盔甲。

返回顶部

此邮件由系统自动发送,请不要直接回复该邮件,该服务由Feedsky提供技术支持,祝您使用愉快。

没有评论:

发表评论