数据分析派:超人能一拳把某个人打出地球吗?

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这个模型并不完全适用于极其高的海拔。所以我只在100km以下使用这个模型,在更高的高度我们假设空气密度是可以忽略不计的。是的,我知道这样不对,但是对于这个问题来说还是可行的。首先,我会尝试去展现超人-b超级快的初始速度。将高空中的空气密度忽略会降低初速度需要达到的大小。同时,当超人-b到达那么高的高空时,他不会运动那么快了,此时空气阻力也会变得很小,尽管我还假设在那儿有一些空气。
 
那么现在呢?我还是无法直接计算出我们所需的初速度。但是我可以选择一些初速度并且创造一个数字模型,来看在这些速度下超人-b达到的高度。然后我可以一直增加我选择的初速度的大小直到我得到想要的高度。对于挑选的每一个初速度,我会将运动以很短的时间进行划分。在每一小段划分的运动中,我会做如下的事情(这些就是数值计算的基础原则basic principles of a numerical calculation):

  • 计算每个高度的空气密度
  • 用高度、空气密度以及当时的速度来计算出重力和空气阻力
  • 根据力的大小,计算出在这一小段时间内动量的变化
  • 根据动量,计算出在这一小段时间内高度的变化

看起来很复杂,但其实还好。这是一个当超人将超人-b以2778米每秒(从上文得知)击出时超人-b到达的高度与经历的时间的函数的图像。

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我们可以看出,在这一个问题中,超人-b并没有达到420km。甚至没有接近。现在我们只需要保持增长发射速度直到到达我们所需要的速度。以下是一个初始速度(最高 105 m/s)与能够达到最高高度的函数的图像。

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尽管在 105 m/s这个速度,超人-b也只能够达到13km这个高度。这个结果让我有些失望。我原先以为我可以让超人-b飞得再更高一些。但是如果我在海拔为8.5km的珠穆朗玛峰上来解决这个问题呢?如果是这样,空气密度会更低,也许我会达到更高的高度。

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这样好一些了,但是依旧没有达到外太空。好吧,我们只是说超人一拳击飞了超人-b,并使超人-b有了初速度(在被打了后速度变为105 m/s),但是超人-b依旧没有飞出太空。他只是到了很高的地方。他能进入外太空吗?至少用我的空气阻力模型是不行的。也许有一种方法可以,但绝对不是我这种方法。
 
那么超人的那一记重拳打击呢?
 
好吧,我们说超人打超人-b那一拳确实十分用力。用力到超人-b能够达到105 m/s的速度。那么会发生什么?我们假设那一拳正中下巴,一记上勾拳。这是超人-b在接受那一拳时的受力分析。

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在这里,超人-b在经历了Δy的距离后,由初速度为零达到了的105m/s速度。超人的力要多大才能达到这个速度呢?我会忽视重力(真的,在这个例子里,重力的影响实在太小),然后使用动能定理。如果超人-b是受力物体,那么只有超人在做功。

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这就是超人-b所承受的来自超人拳头的力的平均大小。我唯一没有顾忌的就是在承受拳击后超人-b移动的距离。我认为0.75米会是一个适宜的估计。以此,可以计算出力的平均大小是4.67 x 1011牛。
 
假设超人的拳头与下巴的接触面积为70平方厘米(我是用我自己的拳头的截面来做的估计的,当然我将超人的拳头放大了些)。那么在这一拳中超人-b的皮肤承受了多大的压力呢?

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