奥斯卡影帝现场打人!这一巴掌威力有多大?

  今天,奥斯卡颁奖典礼上的一幕让全世界的观众都吃了一惊——美国著名男演员威尔·史密斯(Will Smith)走上台前,打了黑人喜剧演员克里斯·洛克(Chris Rock)一巴掌,原因是洛克调侃了他的妻子的脱发症。

  就在全球吃瓜群众疯狂制作梗图的时候,我看着史密斯如此干净利落的一巴掌,突然意识到,这不是给物理老师提供了完美的出题素材吗?反复看了几遍掌掴视频,我脑中已经想出了好几道题目:

  第一问:

  史密斯打克里斯这一巴掌的能量有多大?

  巴掌的能量,说的是它运动起来的动能。我们需要先估算一下史密斯的出掌速度。逐帧播放视频,从史密斯把手抬到胸前,再到他的巴掌刚离开洛克的脸,总共有3帧。视频每秒大约为16.67帧,那么这一过程的耗时就大约为3/16.67≈0.18秒。

  为了计算速度,自然还需要手掌移动的距离。但是,因为视频的机位离得比较远,角度也很刁钻,只能看到史密斯的手臂从身前挥了过去,他的手掌移动的距离不太好看得出来。因此,我亲自模仿了一下画面中的过程,右臂从右挥到左,粗略估计转过的角度是100度。假设史密斯的臂长是80cm,以及在掌掴过程中他的手臂以肩膀为圆心划过了一段圆弧,那么手掌移动的距离就等于:

  用巴掌移动的距离除以花费的时间,我们可以得到史密斯巴掌的平均速度大约为7.78m/s

  只要我们知道了这一掌的速度,它的动能也就迎刃而解了。成年男性的手掌在总质量中的占比大约是0.58%,考虑到史密斯体格健壮,那么不妨假设他的体重是90千克,那么他巴掌的质量大约为520克。物理学中动能的定义为物体的质量乘上速度的平方,那么史密斯这一巴掌的动能大约为15.74焦耳

  从能量角度而言,这一巴掌的威力也没那么大,大概也就够让你桌头的台灯亮个一秒钟左右

  第二问:

  克里斯的脸受到的力有多大? 

  这个问题相对要复杂一点,需要运用到物理学的动量定理。从最简单的角度考虑,假设史密斯的巴掌在碰到克里斯的脸后立即就停下了(实际上是不可能的,巴掌还会再飞一会)。巴掌的速度从7.78m/s降到了0,是因为受到了克里斯的脸的力

  根据动量定理,巴掌在过程中动量的变化等于它受到克里斯的脸的冲量。假设巴掌和脸接触的时间是0.2秒(这个只能估计个数了,谁让摄像机没放在史密斯面前呢?),那么巴掌受到的力应该是20.23牛顿

  20牛顿的力不算大也不算小,也就是2千克的物体所受到的重力

  算到这,你可能以为已经结束了。然而,你的物理老师从不会那么善良。在你答题的时候,TA会特别关注你有没有漏掉一个步骤。上面计算出的那个力,并不是题目问的“克里斯的脸受到的力”,而是“史密斯的巴掌受到的力”!所以,你要是直接写上F=20.23N的答案,老师会露出一丝微笑,先打个勾,再画几个表示省略的点点,最后再扣你一分。你还得补充一句:根据牛顿第三定律,在打到脸上时,巴掌受到脸的作用力等于脸受到巴掌的力,所以F1=F2=20.23N

  好了,恭喜你答完了本大题的前两问。单纯就史密斯掌掴这一过程而言,一时半会是找不出什么知识点了,这时候物理老师会掏出假设大法,向你抛来了第三问——如果史密斯掌掴的不是克里斯的脸,而是一只冷冻的鸡,那么史密斯要打多少下,才能让这只鸡弄熟?

  第三问:

  史密斯要打多少下,才能做熟一只鸡?

  想烹饪一只鸡,你可以把它烤熟、炸熟、煮熟,还可以用微波炉把它弄熟,目的是杀死鸡身上的有害细菌,也更方便人类消化。假设鸡要变熟,它的温度需要从23升到74摄氏度,那么这一过程需要多少能量呢?

  鸡从低温变成高温,本质上是它自身热能的变化。热能的多少不仅取决于温度的变化,还要看物体的质量和类型,写成公式就是这样的:热能变化=质量×比热容×温度变化

  那么,“比热容”(公式里写作C)是个什么东西?举个例子:假设我要加热相同质量的钢材和泡沫塑料。钢材和泡沫塑料的原始温度相同,但加热钢材需要更多能量,因为钢的比热容是0.49 J/(g•°C)——这个单位读作焦耳每克摄氏度,而泡沫塑料的比热容只有0.3 J/(g•°C),比钢材要小。

  我们不妨计算一下,一只鸡从低温升到高温所需的能量:

  再用这个结果除以史密斯一巴掌的能量,我们在之前算出过是15.74J——

  我们最终可以得到,史密斯再打不到4万个巴掌,就能把一只鸡给拍熟了……

  事实上,早在两年前,就有物理学家真的做了用巴掌打熟鸡的实验。最后的结果是,在用特制机器拍打一只生鸡135000后,真的得到了一只熟鸡,就是味道实在是不敢恭维了。

  写到这,一道高中物理的大题差不多也就结束了。如果有人还意犹未尽的话,不妨再想一想这道思考题:如果史密斯以约等于光速的速度朝克里斯扇巴掌,可能出现哪些现象呢?

  当然,想要再思考这道题,我们只能祈祷史密斯的手和克里斯的脸在4万次巴掌后还能完好无损吧。

  作者:矩阵星

  本文转载自果壳

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