“看不見的盒子”里的物理知識

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網(wǎng)


“看不見的盒子”挑戰(zhàn)

操場上,一位女生站得筆直,過了一會兒,她彎下腰,用右手摸了摸她的前方,那里似乎放著個看不見的物體。她直起腰,抬起右腿,右腳似乎踩在了這個看不見的物體上,左腿奮力一躍,整個人在空中停滯了一瞬,然后向前落地。

這是美國社交網(wǎng)絡上風靡一時的視頻,視頻出自美國德克薩斯州一所高中的拉拉隊長,視頻中的女生就是這位拉拉隊長。而她所做的,就是廣受歡迎的“看不見的盒子”挑戰(zhàn)。你大概不會為此發(fā)出驚嘆,因為你也許會認為那里確實存在著一個盒子,只是因為它是透明的,所以視頻上看不出來,又或者是在制作視頻的過程中,人為地將盒子抹去。

然而,那個“盒子”的的確確是不存在的,她的膝蓋前方只有空氣。當然,視頻拍攝的地點不是火星不是月球,也不是任何失重的地方,而是地球上某一所中學的操場上,她的確在空中停滯了,在重力存在的情況下。

這似乎很神奇,這位女生是否有超能力?一時間,人人都想嘗試一番,掀起了一股挑戰(zhàn)熱潮。

“看不見的盒子”科學嗎?答案是肯定的。

“盒子”里的物理

一位物理學家用視頻分析技術(shù)分析了女生上傳的視頻。首先,他繪制出了垂直方向上女生右腳的位置隨時間推移的變化圖。整個動作的過程持續(xù)了0.8秒,從繪制出的圖像可以看出,女生右腳在大約0.35秒至0.55秒這段時間內(nèi)高度沒有發(fā)生變化,處于靜止狀態(tài)。也就是說,她的右腳在空中停滯了大約0.2秒。0.2秒似乎非常短暫,但這0.2秒已經(jīng)能夠給人留下她懸空的印象,并且我們眼睛的關注點、注意力的集中點就在她的右腳上,所以能夠很快地捕捉到這0.2秒的停留。

我們知道盒子并不存在,女生的運動可以看作是拋物運動,忽略空氣阻力,她在運動過程中,垂直方向上只受重力作用,所以,她應該持續(xù)地以9.8m/s2的加速度下落,但是,為什么她整個人在以這樣的加速度下落,右腳卻能夠保持靜止呢?

其實答案并不復雜,下落的是她的重心,而她整個人的重心并不在右腿上。如果你觀察的是女生的左腿或者是她的軀干,你就會發(fā)現(xiàn)其實她并沒有靜止。能夠做到短時間內(nèi)重心下落,而局部保持靜止,雖然這個時間可能很短暫,但這個空中停滯的表演是完全可行的。

這位物理學家再次使用視頻分析技術(shù),根據(jù)女生整體的質(zhì)量分布,繪制出了整個運動過程中她的四肢及軀干的重心隨時間變化的圖像。從圖像上,可以很明顯地看出,她的軀干重心的移動路線呈拋物線,而相較于其他部分,她右腿的重心位置幾乎沒有什么變化。她的左腿重心位置大約在前0.33秒的時間內(nèi)一直低于右腿重心,在0.33~0.6秒這段時間內(nèi)則高于右腿重心,顯然在這段時間內(nèi),左腿跳得很高。也就是說,右腿姿勢不變,左腿做了完成了整體的彈跳動作。

從視頻上看,要完成這樣一個動作似乎挺簡單,其實,這并沒有看上去那么容易。想要挑戰(zhàn)成功“看不見的盒子”首先要具備兩個條件。

第一,要跳得夠高。你跳得越高,能夠維持靜止的時間就越長。因為你的整體是做拋物運動的,跳得高了,重心下落的時間就越長。如果想要在空中停留0.5秒,那你大概要跳30厘米高。這個高度看起來并沒有那么高,但其實沒那么容易達到。

第二,你需要很好的彈跳力。為了實現(xiàn)“看不見的盒子”,你需要保持一條腿幾乎靜止,也就意味著你只能用另一條腿進行跳躍,這就需要考驗你的彈跳能力了。

明白了其中的物理原理,你是否躍躍欲試了呢?開始挑戰(zhàn)“看不見的盒子”吧。

挑戰(zhàn)“看不見的盒子”

首先,用手摸一摸你的前方,造成盒子存在的假象,讓觀眾相信那兒有一個看不見的盒子,當然,你也可以說服自己盒子的確存在,畢竟有時候心理作用十分強大,說不定就能夠幫助你挑戰(zhàn)成功。

其次,屈起你的一條腿,固定好。記住好像腳踩盒子頂部,收緊腿部肌肉。然后起跳吧,用你的另一條腿奮力跳躍,讓它高于靜止的那條。最后落地,恭喜你,挑戰(zhàn)成功。

對于運動員、舞者和經(jīng)常練普拉提或瑜伽的人來說,完成“看不見的盒子”挑戰(zhàn)更容易一些,因為他們通常有強壯、發(fā)達的髖部來支撐維持腿的位置靜止。而其他人,多加練習,挑戰(zhàn)成功也并非不可能。


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