@ 2014.10.22 , 22:10
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WHAT IF: 无规则纳斯卡汽车赛

如果我们删掉所有汽车比赛规则,举办一个无规则,让人类能以极限速度跑200圈的汽车大赛。那么我们应该采取怎样的策略才能赢得比赛,当然,参赛选手必须活着举起奖杯!
—— Hunter Freyer

嗯,冠军的最好成绩,可能是90分钟。

首先,要造出这样一辆超级赛车的方法有很多——一辆转弯的时候轮子可以嵌入地面的电动车,或是一辆火箭引擎推动的火箭车,或是沿着铁轨跑的有轨火车……但是不管你的脑洞怎么开,你会发现整个设计中,最脆弱,最难搞的,就是驾驶员自己。

问题的关键,在于加速度。在赛道的弯道部分,驾驶员会受到强大的G力(你说它是「离心力」还是「向心力」,得取决于你想惹毛哪波蛋友。)位于佛罗里达的托纳赛车场(Daytona Speedway)有两个大弯道,如果车子在弯道上跑得太快,车手就被G死了。

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这样一趟500英里的比赛,大概需要跑4百万圈,取决于你的屏幕大小。

在极端情况下的一小段时间里,比如汽车加速的时候,人类可以承受上百G的重力且存活下来(一个G,就是你站在地球上,地球引力施加在你身上的力的大小)。战斗机飞行员在耍宝的时候可以承受10个G,正因为此,10G,被认为是人类能连续承受的极限。我们的司机也将在比赛中承受几分钟,甚至几小时的10G摧残。

关于重力加速度的效果,NASA 给出了详细的资料,特别是配图5的数据会很有用。

最有意思的数据来自 John Paul Stapp。他曾任职位空军实验室,将自己绑在火箭车上,以身试G,每次实验都记录下详细的数据。你在这里可以读到关于他事迹的文章。故事非常精彩,文中我最喜欢的一句是这样写的:「……身负一十八G不死,官至上校肩扛金叶……」

Stapp 记载道,一小时的连续负荷下,主持人只能承受3~6个G的加速度。如果我们设计的赛车最大极限为4G,那么它在托纳赛道的弯道上的最高速度大概是 240 英里/小时,那么比赛需要2小时才能完成。这个成绩已经是比任何人跑过的都快,但不是很多。

不过等一下,我们在直道上的表现呢?我们可以在直到上持续加速到更快的速度,在进弯道前减速。那么跑一圈的速度变化曲线如下:

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这种策略会带来一个好处——就是这样的加减速操作,赛车手可以在整场比赛里维持一个相对固定的加速度,有可能减轻负荷。

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我们必须注意的是,加速度的施力方向是一直在变化的。人类最能忍的是直线向前的加速度,方向冲着胸口,俗称「推背感」。最不能承受的是向上加速,方向冲着脚底板,造成大脑缺血。为了让我们的司机活下来,我们必须设计一种装置,让车手永远面对正向的加速度(胸口压大石)。身体至少还能承受往下的加速度,虽然那样会造成脑充血。我们得制造一种转向装置,可以让驾驶员永远只承受推背之力(但是,我们还得留意这种装置自身的调整速度,否则太快的转动本身产生的力也足以致命!)。

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目前托纳赛道上的最好战绩是3小时跑完200圈。如果我们把G力极限定为4G,我们的比赛大概会在1小时45分钟内结束。如果改为6G,则能在1小时20分钟内完成。10G 的时候……正常人已经濒临崩溃了,还需要至少1个小时(这还会造成在直道上一不小心突破音障的问题)。

就算我们用上「液体呼吸技术」,人类的生理结构,还是限制了我们在赛场上的成绩无法快于1小时。如果我们就不管车手死活了呢?我们能车子跑到多快?

想象一辆赛车,一条凯夫拉材质的绳索拴在车子的中心,绳子的另一头拴着同样重量的配重。其实这就是一台大型离心机。这让你给我们联想到第86期节目:《运动距离最大的物体》里的一个有趣的「撕裂公式」:物体所能承受的最快速度等于材质的抗拉强度除以材质密度的平方根。每种材料都有这样一个临界的旋转速度,一旦超过这个临界速度,材料就会被玩坏。对于最结实的材料而言,例如如碳纤维和凯夫拉,由其制作而成的旋转圆柱体外围边缘所能承受的最高速度在每秒1-2公里之间。在这种速度下,我们能以车手一条命的代价,以10分钟完成比赛。

【老湿不能再在给力一点?】

好的,我们先不管离心力神马的。如果我们建造条滑轨道,就像冰上速滑那样的赛道,让后让一个轴承(我们的赛车)沿着往下滚?很遗憾,撕裂公式依然奏效——轴承不能以超过几个公里/秒的速度旋转,否则就会被撕裂。

【老湿再给力一点?】

好的,如果我们不用滚的,我们用滑行行不行?我们可以想象一个钻石盒子,在一条钻石赛道上滑行。因为不用转,所以能避开滚轮被撕裂公式虐坏的厄运。但是,高速滑动产生的摩擦热,会让钻石着火……视频

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钻石不久远,就烧一小会儿?

【老湿给力?】

好的,为了避免摩擦,我们可以用磁悬浮技术把车体托起来跑,然后通过大量减轻车体重量和缩小体积来获得更高的加速度和更好的操控性。

哎呀……好像我们一不小心搞出了一个「粒子加速器」!

虽然事情搞到这个地步,已经有点出乎提问者的预期了,但是我还是想说,其实这个主意挺好的。你看,LHC 的粒子加速器内的粒子束以接近光速飞驰,那么跑完30圈的比赛只要2.7毫秒。

维基上列出了850条汽车赛道。在我们的人类车手还没跑完第一圈的时候,LHC 的光束可以在2秒钟内,在这850条赛道上,每个都跑一次托纳500圈的赛程。

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不过这些突然大量冒出来都车手,命都不长……

好了,这是你的终极答案,这期节目可以结束了。

本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 34+1

  1. 2576424

    撞起来好像911一样壮观……

    [12] XX [6] 回复 [0]
  2. 2576425

    不错 赛车手

  3. phoenix3
    @3 years ago
    2576426

    一开始看这类文章有兴趣,现在已经开始直接拖到最后,发现不能让我知道更多的知识,直接就去看评论是否有亮点了。。。

    [23] XX [35] 回复 [0]
  4. 2576431

    老湿给力!

    [15] XX [0] 回复 [0]
  5. 2576434

    龙珠里的二十倍重力是骗人的?

    [57] XX [2] 回复 [0]
  6. 2576436

    也不弄一个视频,介绍一下这个赛事。

  7. 雷慧慧
    @3 years ago
    2576437

    视频既视感

  8. 2576443

    ”维基上列出了850条汽车赛道。LHC 的光束可以在2秒钟内,在这850条赛道上,每个都跑一次托纳500圈的赛程,在我们的人类车手还没跑完第一圈的时候。“
    一般来说,这样的句子翻译的时候要把最后一句放到最开头的吧

  9. 2576446

    @Bo0T: 嗯嗯!改了,thx

  10. 2576455

    这期对于赛车观众和刚刚学了粒子物理的人来说简直是双重福利QAQ吔

  11. KAKAKA
    @3 years ago
    2576469

    如果车子在弯道上跑得太快,车手就被G死了,
    这是使动啊.

  12. 没吃早饭
    @3 years ago
    2576474

    加速度太快就得到了新产品!人体黄油!

  13. 2576476

    这期最大的收获就是这个图——

    [98] XX [1] 回复 [0]
  14. 东东抢
    @3 years ago
    2576507

    据说最狠过山车,加速度能达到5个G

  15. 雨后的小故事
    @3 years ago
    2576517

    我只知道G点~

  16. 2576555

    daytona一般译为戴通纳……

  17. 幕后煮屎者
    @3 years ago
    2576581

    人类身体在进化过程中很少遇到高G的情况的,那为啥就刚好那个“推背力”能够这么多G,仿佛就是专门给人开快车用的。

  18. 豆子
    @3 years ago
    2576588

    「……身负一十八G不死,官至上校肩扛金叶……」

    如果是我的话,承受20G应该也是可以的。
    不过再多看几G的话会可能会撸出血吧

    [71] XX [1] 回复 [0]
  19. FrozaSchumi
    @3 years ago
    2576613

    特地登上来说一下,Bianchi在铃木赛道撞上吊车尾部的时候G力高达92G,导致Bianchi因身体和头部固定,撞击受理力大部分在头部,头骨固定但大脑由于惯性撞击在头骨上,导致弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury,DAI)。。在像SPA这样的赛道每次刹车G力都会在9G以上。。F1比赛现规定至少进行2小时,在SPA还好,要是在马来西亚跑白天赛,高温高湿高G力,可想而知,对车手的要求有多高。之前赛季初马萨和钢琴苏撞车G力也达30+G!

    [23] XX [2] 回复 [0]
  20. FrozaSchumi
    @3 years ago
    2576614

    我觉得设定的不准,按spa设定;起码在8G左右,因为赛道不是个圆形,肯定也有直道的地方,直到加速的时候也就2-4G

  21. FrozaSchumi
    @3 years ago
    2576616

    最#ForzaJules #ForzaSchumi

  22. BirdAlliance
    @3 years ago
    2576621

    既然是无规则,那我在车顶上装个炮装个机枪或者火箭发射器什么的也没问题吧

  23. 八咫猪
    @3 years ago
    2576636

    弯的太快,选手就被gay死了

    [13] XX [0] 回复 [0]
  24. 痴汉
    @3 years ago
    2576644

    这些数据得出之前,你们问过Chuck Norris吗?

  25. 2576652

    无规则比赛?那就是重在防御咯!

  26. 2576676

    如果我们就不管车手死活了呢?我们能车子跑到多快?

  27. 牡丹
    @3 years ago
    2576690

    翻译效果拔群

  28. sdoughnut
    @3 years ago
    2576744

    戴通纳赛道的弯角倾角达到31°,纳斯卡在戴通纳的比赛是加装了进气限流器的,马力控制在500匹,车手整场比赛都处在全油门状态

  29. TotoBird
    @3 years ago
    2576809

    如果是无规则比赛 那获胜的一定是个中国人 因为他充分利用了无规则这一规则 然后贿赂了裁判

  30. 2576833

    说明人类进化路程中有一段经常要以200M/S的速度奔跑?

  31. 煮屎人
    @3 years ago
    2578443

    每个字都看懂了

  32. KillThyDarlings
    @3 years ago
    2578744

    这一次很有意思翻译也很有风格

  33. 2886876

    在2.7毫秒过后,裁判表示没看见……真正最快的是这样:上个世界记录保持者,1号车手xxx开着赛车出现在了入口,附近传来了阵阵欢呼……5号车手出现了,他脚骑自行车,手拿RPG…什么,比赛结束了?裁判判定5号车手胜利,时间1.2秒,新的世界纪录诞生了!!!

  34. Kelvely
    @1 year ago
    3202277

    让地球自身动,而不是车手自身动,这样的话车手想动多快就动多快

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