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您現在的位置:網校頭條 > 自考 > 動量守恒定律

動量守恒定律

來源:網校頭條網絡整理 2024-05-23 10:45:46

如果電梯失控,急劇下墜,人在落地前的瞬間跳起,能獲救嗎?

我們首先要考慮的是,在這種情況下,人是否能夠跳起來。因為在自由落體過程中,人和電梯都處于失重狀態,不可能像平常一樣通過屈腿、下蹲來降低重心。因此,人還需要借助電梯扶手等物體,為跳躍做好準備。

動量守恒定律_動量守恒定律是_動量守恒定律v1v2

現在我們假設這臺失控的電梯從 20 米(約 6 層樓高)的高度開始以自由落體的方式急速下落。根據公式 v = √2gh(注:g 為重力加速度,本文為了計算方便,取為 10m/s^2,h 為下落高度)我可以得出,電梯中下落到地面的人的瞬時速度為 20 米/秒。也就是說,這個人需要在下落到地面之前的一瞬間,制造出 20 米/秒的速度,并且方向是垂直向上,才能將自己的動量減為零。事實上,這對于人類來說是根本不可能做到的。

立定跳高的世界紀錄是1.8米(1974年由瑞典人Rune Alfvén創造)。估計這距離人類的極限已經不遠了。我們假設這個人身體素質不錯,能跳那么高,那么他能創造的瞬間速度就是v = √2gh = √(2 x 10 x 1.8) = 6米/秒。

這意味著,即使這個人完美地完成了精準有力的跳躍,他最多也只能減速一點點,當電梯墜落地面時,他還是會以 14 米/秒(50.4 公里/小時)的速度撞擊地面。我們可以看到,如此高速的碰撞(大致如下圖所示)不是人體可以承受的,所以這個人是沒救的。

那么如果把高度降低,比如降低到10米,情況會怎樣呢?通過類似的計算,我們可以得出,這種情況下,電梯墜地的瞬時速度大概是14米/秒,而由于人的完美跳躍,當電梯墜地時,人的瞬時速度就變成了8米/秒(28.8公里/小時),所以這種程度的碰撞還是相當危險的。

另外,我們還需要考慮時間的問題。假設電梯從20米高處開始自由落體,根據公式t=√(2h/g)可以算出,電梯從失控到墜落地面,總共只有2秒的時間。也就是說,人必須在2秒之內做好跳躍的準備,并在墜落地面的瞬間跳起(這里還要考慮神經系統的反應和肌肉發力的時間)。按照我們的常識,這根本就是不可能的。

值得一提的是,根據動量守恒定律,這個人還可以通過扔東西來減小自身的動量。我們來簡單討論一下這方面的問題。假設電梯里的人體重60公斤,手里拿著一個200克(0.2公斤)的物體(比如手機)。現在電梯從20米高處開始自由落體。在墜地的瞬間,這個人所帶的動量為p=mv=60x20=.m/s。也就是說,如果這個人在墜地的瞬間,將手里的物體以初速度v=1200/0.2=6000m/s(/h)扔下去動量守恒定律,那么,他也可以把自己的動量減小到零,從而得救。

綜上所述,如果電梯失控,急速墜落(自由落體),那么除了那些傳說中的超人動量守恒定律,像我們這樣的普通人,是不可能靠“在電梯墜地前一瞬間跳起來”或者類似的方法脫困的。不過好消息是,現代電梯有諸多防護措施(如限速器、安全夾、緩沖器等),可以有效避免高速電梯墜落的危險,我們大可不必為此擔憂。當然,這得建立在一個前提條件之上,那就是以正確的方式使用電梯。

好啦,今天就到這里,歡迎大家繼續關注,我們下期再見。

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