当前位置:首页 > 其他运动 > 正文

一个150斤的小伙要多少速度才能在标准大气压中水上奔跑不掉落

如果人的速度达到每小时100公里,是否能在水面上奔跑?

如果人的速度达到每小时100公里是不能在水面奔跑的。因为你看到的人在水面奔跑,那都是神话或者说武侠之类的神剧。人是有重力的。就好像汽车开100迈,在水上。一样。是会沉入水底的。

假如一个人速度足够快,可不可以在水面奔跑呢?

正所谓“天下武功无坚不摧,唯快不破”,只要你的速度足够快,实现轻功水上漂是没有问题的。前提是你的速度足够快,以现在人类的速度来说,几乎是不可能的。不过在利用其他道具的情况下,很有可能实现轻功水上漂的特点。而这些道具,几乎也是根据人类的速度、重力等来分析的。

1、什么样的速度可以实现

实际上大自然界,真的有可以轻功水上漂的存在。它们可以轻松在水上行走,且不会让自己掉下去,这种生物就是双冠蜥蜴。双冠蜥蜴能在水上行走的原因主要有三点,一是自己速度够快,每秒能蹬水8次左右;二是它们的体重较轻,只有不到100克;三是它们的脚掌面积,相对来说是比较大的。这三种原因结合在一起,就让它们实现了轻功水上漂。那么人类想要达到这一点,速度和质量的比,也要跟蜥蜴差不多。体重比还好说,可是这速度比就不容易了,现在专业的人每秒可以蹬八次左右,可速度和质量的比差,不仅仅是8次。

2、如何才能水上漂

想要实现水上漂,改变人类的地方有两点,一是自身的体重,二是自己的肌肉力量。自身体重需要达到一个很低的数值,并且以超快的速度奔跑,而这就需要自己有足够的肌肉力量。显然这两点,一般人都达不到。既然改变不了自己,那么我们可以改变其他物质,比如说重力和脚掌面积。当重力足够小,且自己速度足够快的时候,也可以实现水上漂。脚掌面积也是如此,穿上足够大的鞋子,如果自己还能保持普通的速度,那么也可以实现水上漂。

3、改变水

既然自己和环境很难改变,那么我们可以改变物体,比如说把水给换掉。在生活中有一种水,叫做非牛顿流体,简单来说就是介于固体和液体之间的水。在这个上面,你越用力它越坚固,你力量越小它越软。当你停止运动的时候,也会深陷其中。只要在这种流体上,我们就能实现水上漂。

一个人跑起来摆腿频率有多快才能做到武侠小说中的“水上漂”?

水上漂”的绝技不只存在于在武侠小说中,大自然中也有擅长于此的生物。其中双冠蜥尤其精于此道。

A:一只在水上奔跑的双冠蜥(Basilicus plumifrons)。B:实验者试图学习双冠蜥的“绝技”。C:实验者使用的增大脚掌面积的蹼。


双冠蜥为何能在水上奔跑而不沉下去呢,这得益于它们相对较轻的体重(约90 g),强劲的后肢肌肉能保证它们快速蹬水(每秒8次),以及较大的脚掌面积。
那么人是否可以同样做到呢?
根据前人的研究成果[Glasheen JW, McMahon TA (1996) A hydrodynamic model of locomotion inBasilisk Lizards (Basiliscus Basiliscus). Nature 380: 340–341],对于一个普通重量的人来说,如果试图在水面上使用双冠蜥的方式奔跑,大约需要双腿以30 m/s的速度蹬水,这需要人类肌肉力量增长为现在的15倍才有可能。



然而科学家的脑洞不止于此。既然常人力量上难以达到要求,那我们还有别的手段,例如,增大脚掌的表面积。
这里就有另一个研究成果[Bush JWM, Hu DL (2006) Walking on water: biolocomotion at the interface.Ann Rev Fluid Mech 38: 339–369]。他们计算的结果表明,即使人穿上面积1平方米的“蹼”,也仍然需要10 m/s的速度蹬水才能在水上奔跑。
看到这里你是否有点失望呢?然而那群脑洞大开的研究者如果止步于此,那也没法拿到搞笑诺贝尔奖。他们为了实现人类水上漂的梦想,提出了一种方法,那就是——减小重力。。。。。。于是,就有了上图中间的那一幅画面。
他们的理论模型表明,对于一个66 kg的人来说,在的前提下,以正常的速度(2.504 m/s,~1.7 Hz)蹬水,就能保持不沉没。模型还告诉我们,在月球表面的重力加速度环境(0.16 G)下,如果你以这个速度蹬水,要想不沉下去,你的体重不能超过73 kg。。。 。。。所以,为了能在月球上玩水(咦)上漂,赶紧减肥吧233。


然后就是通过实验验证啦。
研究者们让志愿者穿上用于增大脚掌面积的蹼(大小参考蜥蜴的脚掌,根据人的体重取相对值),并被悬挂于一个架子上。架子可以给人提供一定的拉力,但是这个拉力是小于人的重力的,差值在人自身重力的10%-25%。为了使自己稳定,你需要蹬水,以补足这个差值。这就模拟了一种低重力加速度的环境。
实验表明,10%重力加速度的情况下,所有的实验者(6个)都能保持自己不沉下去。随着重力加速度的增加,能保持不沉的实验者越来越少。结果如下:

实验结果:横轴表示模拟的重力加速度,箭头所指的位置代表月球表面重力加速度。左纵轴代表理论上水能提供的额外的垂直方向的推力(除去人的重力),右纵轴代表能保持不沉的实验者数目(实验人数6)。
我们可以看到,即使在月球表面这样的低重力加速度环境下,也并不是所有人都能成功地在水上奔跑。所以,如果真的有那么一天,我们能在月球上玩水上漂,那么,你还必须确保——你不是一个胖子(233人艰不拆)。
更新模型概要。
在该研究工作的模型里,作者认为蜥蜴的脚掌每跑一步,会受到水的两个冲量。
其中第一个冲量成为拍打冲量,这一部分力来源于脚掌拍击水面,引起水的加速,改变了水的动量。根据反作用力原理,脚掌会受到方向相反的冲量。因此,这一部分冲量可以表示如下:

其中mVIRTUAL表示拍打造成加速的水的等效质量。uSLAP表示蹬腿的速度,这里认为蹬腿的速度和腿带动的水的速度相等。



另一部分的冲量来源于划水时候水给脚掌的托力。这一部分力的产生来源于划水的时候脚掌在水面上打出了一个空穴。因为脚掌上方没有水,因而脚掌底部收到的水静压力全部贡献给了脚掌。另外,水的粘滞阻力也是划水过程中脚掌受力的重要部分。这一部分冲量称为划水冲量,表示如下:

其中,Drag(t)表示脚掌所受力水的总托力随时间变化的函数,Φ表示脚掌与水平方向的夹角,因为只有竖直方向的托力对蜥蜴保持纵向稳定有贡献。
如前所述,Drag(t)分为两部分,一部分为脚掌所受水的静压力,另一部分为水的粘滞阻力。分解如下:

其中S为脚掌面积。CD表示入水阻力系数。括号中前半部分为流体动力学阻力产生的压强,后一部分为脚掌所受水的静压强。
注意到

因此


为了保证蜥蜴不沉下去,必须令拍打冲量和划水冲量不小于重力冲量
因此有

联立上述公式即可解出所需的蹬腿速度。

一个标准大气压多少帕 声速是多少 光速是多少 电磁波速度是多少

一个标准大气压:1atm≈101.325kPa=101325Pa 空气在15℃、1atm中声速大约为340m/s 光速默认为光在真空中的速度大小,目前测量为c=299792458m/s;一般用三十万千米每秒就可以 电磁波速度等同于光速,光包含于电磁波中。 这里的光速、电磁波波速指的都是相速度;不考虑色散情况下光的速度等于相速度等于群速度。

1个标准大气压是多少Pa?

1标准大气压=760毫米汞柱=76厘米汞柱=1.013×10^5帕斯卡=10.336米水柱
一般就是1.01×10^5帕斯卡。
标准大气压值的规定,是随着科学技术的发展,经过几次变化的。最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压,其值大约相当于76厘米汞柱高。后来发现,在这个条件下的大气压强值并不稳定,它受风力、温度等条件的影响而变化。于是就规定76厘米汞柱高为标准大气压值。但是后来又发现76厘米汞柱高的压强值也是不稳定的,汞的密度大小受温度的影响而发生变化;g值也随纬度而变化。
为了确保标准大气压是一个定值,1954年第十届国际计量大会决议声明,规定标准大气压值为
1标准大气压=101325牛顿/㎡
《教学参考资料》初中物理第一册
标准大气压(QNE):是指在标准大气条件下海平面的气压。其值为1013.2百帕(或760毫米汞柱高或29.92英寸汞柱高)。

相关文章:

  • 东北三省三校2016届高三第二次模拟理科综合试题物理20题2022-08-25
  • μ子以接近光速的速度运动,测得其寿命变长,那当物质以光速运动寿命是不是就无限长了2021-05-25