在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

在汽车里抬起手掌朝向前方是否能感受到阻力?

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  • 蚊虫在汽车里不会因加速而后移,打开窗户却能会气流带走;在火车车厢里立定跳高会落到原地,在车顶起跳却不会落在原地,为什么会有这样的现象呢?

汽车加速时总会感觉到有“推背感”,重量较大的人体在车辆加速时都会感觉到后移,可是在车内的蚊虫竟然不会因加速而移动,这种现象真的是难以理解……其实原理非常简单。在找答案在前再思考一个问题,地球在不停的自转,在地面立定提高也能落到原地,这又是为什么呢?要知道地球自转的速度是每小时1666.7km,赤道自转线速度为446米每秒,“理论上”起跳悬停一秒钟就能自动移动到446米之外,但是这种现象是不会出现的,因为有重力和空气。

冷知识

地球上的万事万物都无时无刻的受到重力加速度的作用,也就是受到一个指向或垂直于地心的加速度,标准为「9.80065m/s^2」;汽车自然也会受到这个力的作用,同时坐在汽车里的人也不例外。

汽车从静态加速到动态,加速过程中会产生一个水平向前或向后的加速度;而坐在车里就等于和车身“融为一体”,因为座椅与车身是刚性连接的,座椅与身体也有很高的滑动摩擦系数,这就相当于“人车合一”。除非加速G力超过屁股和座椅的摩擦系数,否则就不会移动;但是人的脊柱是可以前后摇摆的,在乘车时并不会躺在座椅上,那么加速时上半身就会因加速G力通过“活动关节”往后靠,直到贴住座椅——但如果绷紧肌肉通过身体释放出与加速G力相同的反作用力,身体也可以保持原位不动。

两个作用力的“十字交叉”是重力加速度和水平加速度的概念,可问题是轻盈的蚊虫为什么不会因为急加速而后移呢?其实很简单,因为车内的空气并不会因为加速度而被“压缩”!

在关闭车窗时车内变成了一个接近密封的空间,外部的空气即便在流动,但是内部的空间只要关闭空调则没有流动的概念;说白了就是车内的空气是静止的,空气虽然看不见也摸不着但是却有质量,在标准压力与湿度环境中,1m³=1.293kg。有各种分子组成的空气当然是有质量的,而且这些分子的特点是“相斥”+“相吸”;在外部压力不变的前提下,分子之间的间隙可以理解为“稳定标准”。

压缩空气需要很高的压力,百公里加速≤10秒的汽车,加速G值最高1.0左右,这个是个能压缩空气的标准吗?答案显然是否定的。那么此时则为车内空气和蚊虫同时受到重力加速度的作用,两者形成了一个整体,同时两者受到的水平加速度是相同的;这就像人在地面立定跳高也会回到原地是一个道理,因为空气、人体与地面的其他物体都受到相同的重力加速度和水平加速度。

气流的原因

在汽车匀速行驶的时候在车内将手掌伸向前方,此时不会感觉到有任何阻力;但是将手伸出车窗之后就会感觉到明显的阻力,这个阻力叫做“风阻”。第一节说明了空气有质量,推开空气当然需要消耗能量;高速行驶中的汽车的主要阻力就是风阻,从时速120km/h开始,风阻的占比会从60%开始逐步提升。

人在奔跑的时候其实也有风阻,耳畔呼呼的风声就是空气摩擦产生的噪音;蚊虫在车内悬停时受到的是车内空气的作用,与外部空气隔绝的车内空气因不流动和蚊虫融为一体,空气不流动自然蚊虫不会受到影响,因为悬停受到的重力加速度不变且水平加速度一致。但是在蚊虫飞出车外就会迅速被吹走,原因在于离开车辆之后会失去与车内空气一致的水平加速度;同理,在车顶起跳时会往后移动,原因是跳起的瞬间失去了与车辆相同的加速度,同时又有更大的风阻,移动速度自然会减慢,落点也就不同了。

番外知识:夏季驾车总会有些小虫子飞进车内,嗡嗡的声音总是会分散驾驶注意力,但是这些小虫子也不好捉;此时如果关闭车窗就基本捉不到了,不过打开车窗的结果就会完全不同。开窗的方式可以是单侧打开车窗并开启不大的一条缝隙,此时车身侧面的高速气流会形成负压力,也就是从车内抽出空气,只要通过空调风机将蚊虫吹到接近车窗的位置,较强的气流就能把蚊虫吸出车外。

如果仍然没有效果则可以“对角线开窗”,而且可以全部打开;此时就是正压进风,但气流会从对角线的车窗流出。

天窗也可以配合使用,天窗尾部上掀(翘尾模式)为负压吸力,平开后移是正压进气;想要让车内空气质量保持高标准,可以用外循环配合天窗换气。清理掉车内的异味或者蚊虫,可以平开天窗并打开后侧车窗,车顶进入车内的气流会从后排流出。

关于蚊虫车内悬停和加速的问题就聊这些了,驾驶汽车时只需要注意不要在高速行驶中将手探出车外,或者打开天窗站起来都是非常危险的操作,车外的风阻是非常夸张的。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

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在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

因为人在车厢里跳起来的那一刻,人是悬在车厢空间内的,这时你也随着车子一起行走,所以落下来时就还是落在原地;而人在车顶上跳起来的那一刻,人是悬在空中的,这时脚下的火车正在行驶,而当你落下时,就不会落在原地了。就这个原理!

在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

表面看很简单,实际上是一个很复杂的问题,三言两语很难表达清楚,如展开叙述,繁荣乏味,恐怕很难有人有耐心看下去。所以,下面只谈一种最简单的情况。

假设火车在水平轨道上做匀速直线运动,而人在火车上竖直向上跳起。

如果人在车厢内,跳起后,在竖直方向受到重力作用,运动状态不断改变,先减速上升后加速下降。在水平方向,由于惯性保持原来的运动状态,继续向前运动,运动速度与火车相等,所以,最后落在起跳点。不难看出,火车无论运动快慢还是运动方向发生变化,人起跳后,水平方向的运动速度都会与火车不一样,肯定不会落在起跳点。

如果人在车厢顶部(很危险,别跟阿三学),竖直方向情况与在车厢内一样。水平方向因为受到空气阻力,运动速度就会减小,小于火车速度,人在空中的这段时间就会被火车落下,所以,最后落在起跳点的后面。这还没考虑有风的情况,如果有风,风力大小和方向,都会影响落点位置。

在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

人在车厢里,人与车厢里的空气是与车厢等速运动的,当人跳起时,人虽暂时失去车体给予的动力,但仍具有惯性力及车内空气的推动力,所以在跳起的极短时间内,落下位置不会发生明显位移。但在车顶跳起情况就不一样了,人虽同样具有惯性力,但车外空气是不随车体运动的,当人跳起时,车外的空气对人体运动的阻力,抵消了相当一部分人体惯性力,所以人跳起落下时,会产生较大的位移。

在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

静止与运动。地球在自转,你在地球上跳与你在车厢里跳有区别吗?

在行驶火车车厢里跳落在原地。在车顶跳不会落在原地,为什么?

在車厢顶上跳起,如果详细考虑环境附加条件有可能在原地,或稍偏后於原地,这中间的第一因素是惯性作用,如果車速快,反向风速小,跳起高度低,则基本接近原地,反之离原地距离逐有加大。車厢內后两个外部因素无什么影响,主要决定於惯性作用,从而仍在原地。

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