影片:煞車方式「摩登原始人」式的弊端 影片:煞車方式「摩登原始人」式的弊端

影片:煞車方式「摩登原始人」式的弊端

影片:煞車方式「摩登原始人」式的弊端

看過《摩登原始人》的人大概都知道佛瑞德那輛石器時代汽車獨特的煞車方式。我一直覺得用腳拖地停車這種技巧純屬藝術加工。直到上週,這段影片出現了。它為我們提供了一個絕佳的現實案例:如果這位密西根州的司機懂點物理知識,或許就能避免他用「摩登原始人式煞車法」在煞車失靈的情況下橫跨市區,甚至可能讓他成為今年達爾文獎的有力競爭者。

如果這還不夠明顯,那就讓我們運用一些簡單的物理知識來具體說明原因。分析這個問題的方法有很多,但我們將使用能量和功的概念。基本上,動能(

KE = 1/2mv2

)汽車在煞車前所具有的能量必須透過做功來消耗掉(

W = Fd

) 透過汽車表面的摩擦力來實現。停止:

1/2mv2 – Fd = 0

根據當地報紙報道,這輛故障卡車的司機當時的車速高達每小時 40 英里(約 18 公尺/秒)。正常情況下,以這種速度行駛的車輛的煞車距離約為 80 英尺(24 公尺)。假設此類卡車的典型質量約為 2100 公斤,我們可以根據上述公式計算所需的煞車力道:

F = 1/2(2100 kg)(18m/s)2/24m = 14,200 N or 3200 pounds.

一個非超人的司機不可能對地面施加 3200 磅的力。因此,假設他擁有正常人的力量,讓我們計算一下他的卡車需要多遠的距離才能減速停下來。靜止在地面上的物體會對地面施加一個力,該力等於物體的重量(

W = mg

然而,這個人把腳伸出卡車外,這大大增加了他蹬地的難度。我們假設他能用大約相當於自身體重四分之一的力蹬地。如果他體重200磅,那麼蹬地的力就是50磅,也就是225牛頓。我們也知道,他腳與瀝青路面之間的摩擦力(F)取決於他蹬地的力(牛頓)以及他鞋底(假設是橡膠材質)與路面之間的動摩擦係數(μ)。

F = μN

橡膠與瀝青之間的摩擦係數μ在0.5到0.8之間變化。假設μ值為0.7。因此,解出停車距離,我們得到:

D = ½(2100kg)(18m/s)2/(0.7)(225N) = 2160 meters, or over 1.3 miles!

如果他用盡全力,使出全部200磅(約900牛頓)的力作用於地面,情況或許會有所改善。在這種情況下:

D = 1/2(2100kg)(18m/s)2/(0.7)(900N) = 540 meters (about a third of a mile)

然而,作用在他腳踝和膝蓋上的扭矩可能會使這成為一個問題。

顯然,這位司機(以及他周圍所有的人)運氣不錯,在車流密集的十字路口闖紅燈、闖停車標誌,還闖了其他交通障礙。然而,如果他懂一點基本的物理知識,就能避免與密西根州法院的會面、可能的牢獄之災以及公眾的嘲笑。記住,朋友之間不應該讓對方開車時煞車失靈。

最後,如果您感興趣的話,汽車煞車之所以如此有效,是因為其神奇的液壓原理。由於密閉流體內部各處的壓力相同(這就是帕斯卡原理),施加一個很小的力(

F = PA

)到系統一端的一小部分區域(煞車踏板後面的煞車管路)會產生更大的力,因為液體膨脹到更大的面積來作用於煞車片上。