蚊子 为什么 能 在 时速 300公里 的 高铁 里 正常 飞？ |||||||high-speed train|||

各位 同學 大家 好 我 是 李永樂 老師 最近 有個 小朋友 跟 我 說 他 有 一個 困擾 了 多年 的 問題 蚊子 為什 麽 能 在 高鐵 中 自由 地飛 呢 高鐵 的 速度 可以 達到 每 小時 300 公 裏 那 麽 蚊子 在 高鐵 中飛 速度 也 就是 這 麽 快 這太 不可思議 了 如果 你 在 網絡 上 搜索 這個 問題 的話 給出 的 回答 千奇百怪 往往 還要 附帶 一些 對 其他 解答 者 的 嘲諷 其實 這個 問題 如果說 簡單 也 簡單 只要 兩個 字 慣性 就 可以 解釋 了 如果說 復 雜 的話 我們 可能 要 請出 伽利略 牛頓 愛因斯坦 麥克斯韋 波爾茲曼 阿基米德 等等 大神 今天 我 就 想 殺雞 用 牛刀 高射炮 打 蚊子 看能 不能 把 這個 問題 徹底 地說 清楚 我們 來 討論一下 蚊子 為什 麽 能 在 高鐵 上飛 首先 我們 先來 討論一下 蚊子 在 地面 上 是 怎 麽 飛 的 我們 知道 蚊子 它 是 一種 昆蟲 是 吧 它 有 兩對 翅膀 但是 有 一對 翅膀 就 退化 了 退化 成 這個 平衡 棒 所以 就 只 剩下 一對 翅膀 它 在 震動 翅膀 的 時候 就 可以 產生 一個 向 上升 的 力 那 麽 這個 力 就 可以 和 它 自身 的 重力 相平衡 只要 你 的 升力 跟 重力 平衡 你 就 可以 怎 麽 樣 你 就 可以 懸浮 了 對 吧 所以 懸浮 的 時候 那 就是 上升 力 等於 重力 那 麽 這樣一來 你 就 懸空 而且 靜止 了 那 麽 蚊子 如果 想 往前 飛 其實 難度 也 不大 蚊子 如果 想 往前 飛 的話 它 只要 稍微 調整 一下 自己 翅膀 的 方向 就 可以 了 這個 是 什 麽 意思 呢 咱們 看 這是 一個 蚊子 對 吧 它 如果 想 往前 飛 的話 前面 的 空氣 就 會 往後 吹 這個 蚊子 對 不 對 因為 蚊子 往前 空氣 相對 蚊子 是 向 後 如果 沒有 風 的話 那 麽 此時 蚊子 會 受到 一個 重力 的 作用 mg 同時 還會 受到 一個 空氣 的 阻力 的 作用 那 麽 它 如果 還想 保持 勻速 的話 它 必須 既 抵消 重力 又 抵消 空氣阻力 於是 它 的 翅膀 必須 稍微 傾斜 一點 讓 它 的 這個 翅膀 所 提供 的 上升 力 的 方向 是 斜著 的 這樣一來 這 三個 力是 可以 平衡 的 換句話說 重力 和 阻力 的 合力 是 朝 左下 的 那 麽 蚊子 提供 的 上升 力 只要 把 這個 合力 給 抵消 了 蚊子 就 可以 繼續 勻速 的 飛行 了 對 吧 所以 在 勻速 飛行 的 時候 它 有 一個 要求 那 就是 上升 力 必須 等於 √((mg)²+f²) 對 吧 利用 勾股定理 我們 就 可以 把 這個 問題 解決 了 好 那 我們 來看 一看 這個 阻力 這個 空氣 的 阻力 跟 什 麽 因素 有關 呢 空氣 的 阻力 表達式 非常 的 復 雜 我們 可以 簡單 地取 一個 公式 比如說 有些 情況 下 空氣阻力 表達式 是 (1/2)ρv²CdA 表達式 比較 復 雜 ρ 是 空氣 的 密度 v 是 相對 的 速度 Cd 是 一個 參數 A 是 截面積 我們 現在 別的 參數 都 不管 我們 就 看 這個 速度 v 你 就 會 發現 這個 v 越大 這個 阻力 是 平方 著 增大 對 不 對 所以 這個 蚊子 的 速度 不能 太快 因為 蚊子 的 速度 如果 太快 了 這個 阻力 就 特別 大 阻力 特別 大 的 時候 蚊子 翅膀 提供 的 上升 力 不足以 讓 這個 蚊子 抵消 阻力 和 重力 對 吧 所以 蚊子 就 會 停下來 因此 在 地面 上 蚊子 的 速度 是 小於 3 千米 每 小時 的 它 一般來講 飛 不快 是 吧 飛 不快 那 麽 飛 不快 的 原因 是 什 麽 呢 就是 因為 阻力 會 隨著 速度 的 增加 而 增加 好 我們 說完 了 這 兩個 例子 之後 就 知道 了 蚊子 在 地面 上 如何 懸停 以及 蚊子 在 地面 上 如何 勻速 飛 這 兩種 情況 其實 都 用到 了 一個 物理學 的 規律 這個 物理學 的 規律 就 叫做 牛頓 第一 定律 牛頓 第一 定律 告訴 我們 什 麽 呢 它 告訴 我們 如果 一個 物體 想要 保持 靜止 或者 勻速直線 運動 狀態 想要 保持 靜止 或者 像 蚊子 一樣 勻速直線 運動 那 麽 這個 物體 必須 是 什 麽 要 麽 就 不 受力 要 麽 就 合力 為 0 我們 就 直接 寫成 合力 為 0 吧 是 吧 所以 你 懸停 的 時候 你 這個 上升 力要 抵消 重力 你 要 飛行 的話 既 要 抵消 重力 又 要 抵消 阻力 好 這 就是 地面 上 的 蚊子 的 一個 情況 好 那 麽 現在 我們 讓 這個 蚊子 處於 高鐵 之中 高鐵 的 速度 已經 達到 了 300 公 裏 每 小時 了 蚊子 還 能夠 正常 飛 為什 麽 呢 這是 因為 地面 上飛 不快 的 原因 是 因為 什 麽 因為 阻力 阻力 產生 的 原因 是 因為 空氣 相對 於 蚊子 有 速度 但是 如果 你 把 這個 系統 放在 高鐵 之中 會 有 什 麽 結果 呢 高鐵 之中 帶著 蚊子 一起 往前 運動 速度 非常 快 比如說 是 300 公 裏 每 小時 但是 這裏 面 的 空氣 也 在 運動 對 不 對 蚊子 和 空氣 都 往前走 的 時候 它們 是 沒有 相對速度 的 既然 沒有 相對速度 空氣 給 蚊子 就 不會 產生 阻力 所以 這個 蚊子 在 高鐵 中飛 的 時候 它 還是 只 需要 抵消 重力 就 可以 了 它 完全 不 需要 抵消 那個 因為 有 300 公 裏 每 小時 的 相對速度 而 帶來 的 強大 阻力 原因 是 因為 此時 的 空氣 和 蚊子 還有 列車 都 在 高速 運動 是不是 它們 沒有 相對 的 速度 這個 v 它 指 的 是 相對 的 速度 對 不 對 當然 這個 問題 我們 如果 再 深入 地 了解 一點 它 應該 叫做 伽利略 相對性 原理 伽利略 相對性 原理 咱們 可以 想象 一下 這個 蚊子 如果 懸停 在 高速 的 列車 之中 它 把 眼睛 一閉 上 它 能夠 感受 到 自己 是 高速 運動 的 還是 靜止 的 嗎 它 感受 不到 伽利略 就 說 了 這樣 一個 道理 伽利略 為 了 宣傳 日心說 寫 了 一本 科普讀物 叫 《 關於 兩種 世界 體系 的 對話 》 寫 了 三個 人 在 四天 中 的 對話 其中 在 第二天 的 對話 之中 伽利略 說 了 這樣 一段話 當你 在 密閉 著 的 運動 的 船艙 裏 觀察 的 力學 過程 只要 運動 是 勻速 的 絕不 忽左忽右 你 將會 發現 所有 的 規律 都 沒有 任何 變化 你 無法 從 任何 一個 現象 來 判定 船 是不是 在 運動 著 即使 船 運動 得 相當 快 你 在 船上 跳躍 的 時候 將和 以前 一樣 在 船 底板 上 跳過 相同 的 距離 你 跳 向 船尾 也 不會 比 跳 向 船頭 來得 更遠 雖然 你 跳 到 空中 的 時候 腳下 的 船 底板 已經 向 著 你 跳 的 相反 方向 移動 了 |||bottom board|||||||||| 你 不論 把 什 麽 東西 扔給 你 的 同伴 不論 他 是 在 船頭 還是 在 船尾 只要 你 站 在 對面 你 也 不 需要 用 更 多 的 力 水滴 將會 像 先前 一樣 垂直 滴進 下面 的 罐子 一滴 也 不會 滴向 船尾 雖然 水滴 在 空中 的 時候 船 已經 行進 了 許多 柞 這 一段話 說明 了 什 麽 道理 就 說明 了 伽利略 認為 只要 這個 參考系 是 慣性 參考系 所有 的 力學 規律 都 是 保持 不變 的 在 慣性 參考系 中 所謂 慣性 參考系 就是 靜止 或 勻速直線 運動 的 參考系 在 慣性 參考系 中 力學 規律 是 不變 的 比如說 蚊子 起飛 這是 一個 力學 規律 你 在 地面 上 看 重力 和 這個 上升 力 抵消 你 就 可以 懸空 你 在 高鐵 上 看 雖然 高鐵 是 這個 高速 運動 的 但 它 是 慣性 參考系 它 是 勻速 的 所以 你 只要 用 這個 上升 力 抵消 的 重力 你 一樣 可以 懸停 對 不 對 力學 規律 是 不變 的 你 在 這個 參考系 之中 你 不 觀察 外面 的話 你 是 不能 通過 任何 實驗 來 判定 自己 到底 是 靜止 的 還是 高速 運動 的 咱們 換 一句 話 來說 就是 這個 蚊子 你 可以 認為 車廂 在 高速 運動 地面 是 靜止 的 你 反過來 你 也 可以 認為 車廂 是 靜止 的 地面 在 向 後 高速 運動 對 不 對 所以 運動 和 靜止 是 一個 相對 的 概念 沒有 誰 是 絕對 在 運動 的 當然 伽利略 的 相對性 原理 它 只 說 的 是 力學 規律 是 保持 不變 的 但是 愛因斯坦 多 思考 的 一步 他 就 說 這個 電磁學 規律 在 不同 的 慣性 參考系 中 也 應該 是 保持 不變 的 於是 就 提出 了 相對論 好 這是 地面 上 的 規律 我們 已經 說完 了 所以 所有 地面 上 的 規律 也 都 符合 在 高速 運動 的 車廂 中 是不是 所以 地面 和 車廂 都 是 一樣 的 只要 這個 車廂 是 勻速 的 就 可以 好 那 麽 有 同學 可能 還會 感覺 到 一個 疑問 說 如果 車廂 加速 車廂 一 加速 這個 蚊子 是不是 就 會 甩到 後 玻璃 上 然後 摔死 對 不 對 那 我們 來 討論一下 如果 這個 列車 存在 加速 的 情況 當然 也 可以 減速 車廂 加速 的 這個 時候 會 有 什 麽 樣 的 結果 我們 首先 來 討論 一個 概念 叫做 慣性力 什 麽 叫做 慣性力 呢 比如說 你 在 車廂 中 突然 一 加速 這個 時候 你 就 感覺 到 自己 往後仰 了 一下 為什 麽 往後仰 呢 當然 你 可以 說 因為 車廂 加速 了 而 我 是 勻速 的 所以 我 相對 於 車廂 落後 我 就 往後仰 對 吧 這是 一種 說法 但是 我們 還有 一種 觀點 是 這樣 的 你 看 假如 這是 一個 車廂 然後 車廂 突然 之間 向前 有 一個 加速度 這個 時候 人會 感覺 往後仰 一下 我們 可以 認為 人 本身 是 受到 了 一個 重力 的 作用 同時 因為車 往前走 我們 相對 於 車廂 這個 非慣性系 它 有 加速度 的 參考系 人會 額外 多出 一個 力來 這個 力 就 叫做 慣性力 它 是 向 後 的 慣性力 的 大小 等於 質量 再 乘以 參考系 的 加速度 慣性力 這樣一來 人 所感 受到 的 合力 是 朝 左下 的 人 所感 受到 的 合力 是 朝 左下 的 叫做 mg' 其中 這個 g' 叫做 等效 重力 加速度 就是說 車廂 突然 往前 一 加速 人會 感覺 到 往後仰 我們 把 這個 往後仰 等效 成 一個 力 這個 力 就 叫做 慣性力 慣性力 大小 等於 質量 乘以 參考系 的 加速度 方向 是 與 加速度 方向 相反 的 慣性力 找 不到 施力 物體 所以 它 跟 普通 的 力 不是 很 一樣 就是 一種 等效 的 虛擬 力 好 因為 這個 虛擬 力 的 存在 人 相對 於 車廂 就 往後仰 了 對 不 對 不僅僅 是 人 咱們 看 假如 車廂 中放 了 一桶 水 這桶 水 的 水面 本來 是 平 的 但是 如果 車 突然 加速 了 你 就 會 發現 這個 水面 是 斜過來 的 為什 麽 斜過來 呢 因為 它 所 受到 的 一個 重力 和 一個 慣性力 等效 重力 加速度 是 斜著 的 對 不 對 同樣 我們 再來 考慮 這個 蚊子 說 這個 蚊子 在 這個 高鐵 中 本來 飛 的 好好 的 飛 的 好好 的 結果 這 車廂 突然 之間 加速 了 車廂 一 加速 蚊子 會 有 什 麽 感受 呢 蚊子 本來 是 受到 一個 重力 的 mg 車廂 突然 一 加速 蚊子 會 受到 一個 向 後 的 慣性力 ma 此時 蚊子 會 感覺 到 我 好像 往後 落後 了 怎 麽 辦 蚊子 會 迅速 調整 自己 翅膀 的 位置 使得 本來 有 一個 向上 的 上升 力 讓 這個 上升 力 變成 斜上 對 不 對 讓 這個 上升 力 抵消 重力 和 慣性力 就 可以 了 所以 這個 蚊子 所 受到 的 一個 等效 的 這個 等效 的 這個 重力 是 斜著 的 叫 mg' 你 只 需要 讓 你 的 翅膀 提供 的 上升 力 抵消 這個 等效 重力 這個 蚊子 就 依然 可以 相對 於 列車 保持 不 動 蚊子 的 調整 速度 實際上 是 非常 快 的 這個 有 科學家 佐治亞 理工 的 科學家 研究 過 說 下雨天 蚊子 為什 麽 不會 被 雨 拍 死 用 高速攝影機 去 記錄 這個 過程 結果 發現 如果 這個 雨 打 到 蚊子 的 翅膀 上 這個 蚊子 就 會 迅速 轉身 讓 這個 水滴 過去 如果 正好 打 到 蚊子 的 身上 它 就 會 迅速 下降 下降 一段時間 之後 再 翻身 總而言之 它 就 非常 快 的 能夠 調整 自己 身體 的 位置 所以 這樣一來 你 車廂 突然 一 加速 只要 你 的 加速度 不太大 那 我 總是 可以 用 我 的 上升 力 來 抵消 你 的 慣性力 和 重力 的 這樣 蚊子 還是 可以 保持 跟 車廂 靜止 我們 如果 具體 來算 一算 在 這個 高鐵 上 加速度 其實 不太大 高鐵 的 加速度 大約 最大 加速度 也 就是 0.5m/s² 所以 它 的 加速度 比較 小 而 重力 加速度 是 10m/s² 所以 如果 你合 起來 這個 g' g' 實際上 就是 √(a²+g²) 它 也 就 等於 10.01m/s² 其實 不大 跟 重力 加速度 差不多 所以 在 高鐵 加速 的 時候 蚊子 可以 輕輕 松松 的 保持 跟 高鐵 的 同步 我們 還 可以 換 一種 想法 去 理解 這個 問題 我們 在 外面 去 看 車廂 加速 了 所以 這個 人 受到 了 一個 向 後 的 慣性力 但是 這個 車廂 裏 的 人 他 根本 不 知道 自己 是不是 在 加速 他 只要 不看 外邊 的 他 就 不 知道 自己 加 不 加速 此時 他 突然 感覺 到 自己 的 重力 好像 是 斜 下 那 麽 就 存在 兩種 可能 第一種 可能 是 車廂 加速 因為 有 慣性力 所以 他 受到 的 合力 是 斜 下 的 第二種 可能 是 這個 車廂 根本 就 沒有 加速度 而是 地球 的 重力 突然 變 了 地球 的 重力 方向 變成 斜下 了 並且 地球 的 重力 大小 也 稍微 變大 了 一點 這 兩種 情況 對於 人 來講 他 是 沒有 辦法 區分 的 而 這個 觀點 我們 就 管 它 叫 愛因斯坦 的 等效 原理 愛因斯坦 的 等效 原理 這是 廣義 相對論 的 一條 基本原理 愛因斯坦 的 等效 原理 說 的 是 什 麽 呢 他 就 說 一個 參考系 存在 著 加速度 它 和 這個 參考系 裏邊 的 物體 受到 的 引力 是 等效 的 是 吧 加速度 和 引力 等效 他 就是說 假如 這個 車廂 是 在 向前 加速 的 他 就 等效於 這 車廂 裏邊 的 每 一個 物體 都 受到 了 一個 向 後 的 一個 引力 對 吧 如果 這個 車廂 是 向前 運動 而且 減速 的 這就 等效於 它 受到 了 一個 向前 的 一個 引力 是 吧 所以 這個 車廂 如果 一會 加速 一會 減速 你 知道 這個 蚊子 會 感受 到 什 麽 嗎 蚊子 根本 就 不 知道 這個 車廂 到底 是 在 加速 的 還是 在 減速 的 它 看不到 外邊 是 吧 它 視力 不好 但是 它 能夠 感受 到 重力 所以 它 就 會 感覺 到 這個 重力 一會兒 是 朝 下 的 一會兒 車廂 一 加速 我 這個 重力 就 朝 左下 車廂 再 一 改變 速度 重力 就 往 這個 方向 是 吧 然後 你 車廂 又 突然 減速 了 這個 重力 就 這個 方向 重力 就 這個 方向 所以 你 就 會 感覺 到 這個 重力 的 方向 一直 在 變 而且 大小 也 一直 在 變 是 吧 如果 你 這 麽 晃晃 得 多 了 蚊子 跟 人 一樣 沒準 這 蚊子 就 吐 了 是不是 就 吐 了 這也 是 暈車 的 原理 如果 這個 車 不停 的 加速 減速 加速 減速 的話 你 會 感覺 到 重力 的 大小 和 方向 在 不停 地變 就 好像 這個 地球 在 不停 地歪來 歪 去 一樣 所以 人才 會暈 是 吧 好 那 我們 也 可以 用 這個 等效 原理 來 解釋 這個 問題 因為 這個 加速度 不太大 所以 蚊子 還是 可以 保持 跟 車廂 相對 靜止 不過 還有 一件 事 這個 車廂 在 加速 的 時候 會 不會 有 空氣 的 運動 呢 如果 車廂 在 加速 的 過程 中 空氣 劇烈運動 形成 了 很大 的 風 的話 那 麽 這個 蚊子 不 也 就 會 吹 到 後 車窗 上去 嗎 咱們 來 考慮 這個 問題 要 考慮 這個 問題 又 要 請出 兩位 大神 了 一個 大神 叫做 麥克斯韋 麥克斯韋 還有 一位 大神 叫做 波爾茲曼 麥克斯韋 和 波爾茲曼 他們 研究 了 在 各種 情況 下 空氣 的 分子 分布 情況 我們 稱之為 麥克斯韋 - 波爾茲曼 分布 尤其 是 波爾茲曼 他 研究 了 在 重力場 中 空氣 分子 的 分布 情況 比如說 這是 一列 火車 這是 一列 火車 的 車廂 是 吧 車廂 那邊 有 空氣 分子 但是 空氣 分子 它並 不是 均勻 分布 的 是 吧 越往 底下 的 這個 空氣 分子 它 就 越 密集 中間 的 這個 地方 空氣 分子 就 稍微 稀疏 了 一點 再往 上 這 空氣 分子 就 更加 的 稀疏 了 一些 所以 如果 我們 要是 畫 一個 圖 的話 橫坐標 是 高度 z 縱 坐標 是 空氣 分子 的 密度 它 實際上 是 這個 樣子 的 它 是 這 麽 降 的 如果 我們 把 公式 寫 出來 叫 n=n₀e^(-mgz/(RT)) 這裏 邊 其他 的 數字 都 非常 復 雜 咱們 也 不用 管它 這裏 邊有 個 z 你 看到 了 嗎 這個 z 就是 高度 的 意思 你 高度 越高 這個 空氣 的 分子 數 密度 就 越 小 這裏 邊 還有 一個 重力 加速度 g 有 g 的 這個 影響 好 那 麽 現在 這個 是 勻速 的 運動 的 列車 如果 這個 列車 突然 之間 有個 加速度 剛才 我們 說過 了 一旦 這個 列車 有個 加速度 就 會 出現 一個 什 麽 就 會 出現 一個 對 裏邊 物體 的 慣性力 所以 這個 車廂 的 重力 已經 不像 剛才 那樣 了 剛才 的 重力 加速度 是 朝 下 的 現在 的 重力 加速度 怎 麽 樣 是 朝 斜 下 的 對 不 對 重力 加速度 是 斜 下 的 有 一個 重力 g 還有 一個 往 左 的 這個 慣性力 這樣一來 你 就 會 發現 此時 的 空氣 分布 應該 是 這樣 它 這個 更 密度 大 的 地方 集中 在 左下角 是不是 然後 這個 密度 中等 的 部分 是 在 這個 部位 然後 這個 密度 小 的 部分 是 在 這個 部位 形成 了 這樣 的 一種 分布 那 麽 你 從 左邊 這個 分布 變到 了 右邊 這個 分布 空氣 分子 一定 會 發生 一點 移動 會 不會 形 成風 呢 不會 為什 麽 因為 這是 一瞬間 的 就是 每 一個 空氣 分子 只 移動 了 很小 的 距離 你 就 可以 從 這種 分布 變成 這種 分布 對 不 對 就 好像 一個 裝得 很 滿 的 一個 儲錢 罐 你 掉 了 個 每 一個 硬幣 都 會 那 麽 動 一點 發出 嘩啦一聲 立刻 就 停 了 對 吧 不會 持續 不斷 地 出現 硬幣 的 移動 是 吧 因為 硬幣 已經 基本上 填滿 了 這個 儲錢 罐 它 只要 移動 一點點 就 會 出現 一個 重新 的 分布 所以 突然 之間 加速 的 時候 的確 在 加速 那 一瞬間 空氣 分子 會 有 一點點 變化 所以 這個 蚊子 會 感覺 唉 怎 麽 不對勁 是 吧 稍微 有 那 麽 一瞬間 但是 很快 當你 加速度 穩定 了 之後 它 這個 空氣 分子 重新 達到 了 這種 平衡 的 分布 狀態 它 就 不會 感覺 到 任何 的 風 了 此時 它 只是 感覺 到 自己 的 這個 重力 好像 有 一點點 變化 我 只要 調整 一 調整 我 就 還是 可以 在 這個 火車 上飛 過 一會 火車 勻速 了 它 就 會 感覺 到 自己 這個 重力 又 重新 調整 回來 了 對 吧 所以 它 依然 可以 在 火車 上 自由 地飛 好 這個 問題解答 到 這裏 基本 就 差不多 了 不過 我 突然 又 想到 了 一件 事 就是 在 很多年 前 柯南 有 一個 劇場版 名字 叫 《 貝克 街 的 亡靈 》 我 上 大學 的 時候 看 了 這個 劇場版 這個 劇場版 裏面 最後 的 一個情節 是 柯南 和 他 的 小夥伴 在 一列 沒有 辦法 剎住 車的 高速 運動 的 火車 上 停不下來 了 再 往前 就 一定 是 車毀人亡 結果 柯南 就 想 了 一個 辦法 救 了 自己 和 同伴 的 命 怎 麽 救 的 呢 他 找到 了 一個 貨車 的 車廂 這個 貨車 的 車廂 裏面 堆滿 了 紅酒 灌子 把 這 紅酒 灌全 打破 是 吧 打破 了 之後 這些 紅酒 就 布滿 了 車廂 然後 這個 柯南 就 鉆 到 了 就 鉆 到 了 這個 紅酒 的 這個 裏邊 是 吧 這樣 的 就 鉆 到 了 這個 紅酒 裏邊 此時 柯南會 受到 一個 重力 mg 還有 一個 紅酒 的 浮力 對 吧 然後 當 這個 車廂 撞 了 之後 這個 紅酒 就 對 柯南 產生 了 緩 沖 最後 柯南 就 沒 死 大家 想想 這個 有沒有 可能 是 吧 咱們 琢磨 琢磨 這事 因為 這個 柯南 受到 重力 重力 是 mg 同時 受到 了 紅酒 的 浮力 我們 知道 根據 阿基米德 浮力 原理 浮力 等於 什 麽 等於 ρ_ 液 gV 對 吧 因為 人 的 密度 和 水 的 密度 差不多 所以 浮力 基本上 是 可以 抵消 重力 的 所以 柯南 處於 一種 平衡 的 狀態 他 可以 隨著 這個 列車 一起 往前 運動 那 麽 突然 之間 這個 列車 就 撞 了 列車 一撞 它 的 加速度 是 向 哪 的 是 向 後 的 註 意 這個 加速度 非常 大 可能 比如 3 個 g 4 個 g 5 個 g 6 個 g 都 有 可能 加速度 非常 大 是 吧 加速度 向 後 這樣一來 這個 車廂 裏面 的 物體 就 會 受到 一個 向 哪 的 慣性力 向前 的 慣性力 因為 慣性力 跟 加速度 是 反向 的 是 吧 所以 這個 柯南 他 在 車廂 裏邊 他 其實 會 受到 他 其實 會 受到 一個 向下 的 重力 以及 向前 的 慣性力 向下 的 重力 以及 向前 的 慣性力 他 實際上 合力 是 向斜 下 的 就是 柯南會 感覺 到 自己 的 等效 重力 是 斜著 的 叫 mg' 對 不 對 那 麽 此時 浮力 還能 不能 抵消 掉 呢 幸好 水 也 是 這 麽 認為 的 水 也 認為 水 就 這個 紅酒 它 也 認為 好像 重力 是 斜著 的 加速度 是 g' 所以 紅酒 給柯南 提供 的 浮力 也 是 這個 方向 的 這個 浮力 就是 ρ_ 水 g'V 對 吧 浮力 也 變大 了 同時 方向 也 斜過來 了 這樣一來 這個 浮力 依然 可以 和 柯南 的 等效 重力 抵消 所以 即便 這個 車廂 的 加速度 很大 浮力 依然 可以 拖住 柯南 可以 讓 柯南 跟 這個 車廂 保持 相對 靜止 這 就是 因為 柯南 的 密度 跟 水 是 差 不太多 的 所以 他 的 這個 設計 其實 是 符合 科學 道理 的 大家 會 發現 生活 中 一個 很 簡單 的 現象 如果 我們 仔細 去 分析 可能 蘊藏 著 很 深刻 的 物理 內涵 不過 我們 還是 要 指出 對於 一個 問題 的 理解 實際上 是 分 層次 漸進 的 比如說 對於 幼兒園 或者 小學生 我們 要 解釋 這個 問題 的話 那 絕對 是 慣性 就夠 了 但是 對於 高中生 大學生 如果 還是 用 慣性 去 解釋 這個 問題 的話 格局 就 小 了 我們 就 應該 再 仔細 討論一下 有 加速 的 情況 下 蚊子 是 怎 麽 飛 的 這樣 才能 獲得 更加 精確 的 認識 但是 不能 因為 我們 有 了 更加 精細 的 模型 就 認為 那個 粗糙 的 模型 是 錯誤 的 甚至 去 嘲笑 小學生 的 答案 最後 留 一個 思考題 吧 奧運會 馬上 就要 開幕 了 如果 以後 人類 征服 了 月球 在 月球 上 搭 了 一個 大棚 也 舉辦 月球 奧運會 的話 請問 在 月球 表面 的 跳高 冠軍 大概 可以 跳 多少 米 高 呢 這 同樣 是 一個 具有 多層次 回答 的 問題 看一看 大家 能夠 回答 到 哪 一層 大家 如果 喜歡 我 的 視頻 可以 在 YouTube 賬號 李永樂 老師 裏 訂閱 我 點擊 小 鈴鐺 可以 第一 時間 獲得 更新 信息