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马匹拖建筑到底行不行,科学分析加勒比海盗5
2019/10/3 11:51:57  来源:  

距离加勒比海盗的第一部已经过去13年了。而5月底我们也终于迎来了加勒比海盗的第五部《死无对证》。

想想持续了如此之久的连续电影其实寥寥可数,除了星际迷航、速度与激情、007、碟中谍、星球大战、异形、哈利波特、生化危机、古墓丽影仅仅这,呃,好吧其实还是不少的。当然还有EVA、柯南这种有生之年系列。

不过加勒比海盗系列相比也算是比较独树一帜的。在“黄金时代的海盗”背景里,巧妙地结合了超自然的幻想主题。

但这并不妨碍我们的昆士兰科技大学副教授ichael Milford,在科学角度解析了《银河护卫队2》之后,再次瞄上《加勒比海盗5:死无对证》。

不过本篇涉及到一些剧透,比如被剧透的小编已经哭晕在厕所里……好吧,其实小编尽可能的删减了剧透的地方,是不是谢谢我哈?

顺便友情提示,本文非常的长,但是物超所值哦~小编开溜!

Credit:Disney Enterprises, Inc

绳索套过弯

萨拉查船长可能是最想杀死杰克船长的人了。毕竟杰克年轻的时候,曾经通过出色的车船技,将萨拉查的船只引入了死境——一大片礁石,从而害的萨拉查的船破人亡,当然并没有死透。而杰克船长通过将绳索套在了一块礁石上,完美的实现了一次“急转弯(bootleg turn)”。

这个办法非常有趣,和排水渠过弯有着异曲同工之妙。

Credit:123RF.COM

在过弯的时候,杰克的船只有非常明显的向内侧倾斜。当然啦,你肯定明白这是为什么。不过考虑到离心力(centrifugal force)这个词本身可能引发争议,为了照顾经典力学的惯性参照系和转动参考系两派,下面同时采用“缺少向心力”和“惯性离心力”两个词表达……

呃,好吧,简单点,我们还是叫做离心力(centrifugal force)好了。

但是水流在转弯的时候,流动情况和平时的情况大相径庭,再加上由于各种因素的原因,船只转弯的时候,不一定就会向内侧倾斜,还有可能出现向外侧倾斜。

哈!没想到吧!由于船只转弯的过程中,会受到离心力(centrifugal force)的影响(下图红色箭头)。而能够对抗这个力的只有船只受到的水流的力。

Credit:123RF.COM

船只只有个一个重心(下图黑白色点),在不考虑船只的货物对船体重心的影响下,可以将这个点视作重力对船只的作用点。

同理船只还拥有一个浮力中心(下图红白色点),这个中心跟随着船体的倾斜而移动,可以视作船体排开的水的体积的重心位置。

Credit:123RF.COM

左图中,水流的作用力线经过了重心的下方,低于重心的位置。而此时作用力试图以逆时针方向,推动船只向左倾斜。而此时浮力则是相反,试图将船只按照顺时针方向扭转。

右图中,水流的作用力线经过了重心的上方,高于重心的位置。此时与左图正好相反,作用力试图顺时针方向,推动船只向右倾斜。此时浮力依然起到了反作用力。

当然,这是简化后的效果,实际上船只一直处于动态的状态,浮力的中心也会因为船只的倾斜而改变。

不过在《死无对证》之中,绳索与船只相连的位置相比重心和浮力中心不知道高到哪里去了。所以非常大的可能是在重心的上方拉动船只,从而使得船只向礁石倾斜。所以从科学的角度看,没毛病。

抢劫银行

杰克船长有一个很大胆的想法,杰克计划利用马匹将一吨重的保险箱拖出银行。不过杰克选择的马匹可能有更大胆的想法。因为保险箱倒是没动,银行倒是动了,马匹把整个银行拖走了……

不过12匹马真的能够拉动一吨的保险箱一路小跑吗?那一栋建筑物的话呢?

其实一吨重的保险箱不在话下,但是建筑物的话就有点扯了。但是马匹远比我们想想的要强壮。在一本《The Book of Draft Horses: The Gentle Giants That Built the World》书中记载了两匹夏尔马拉动了近50吨。

而在某个不(You)存(tu)在(be)的视频网站上,有视频证明了两匹驮马拉动了5.4吨的砖块。

(IT之家移动客户端用户若无法观看视频,请点此查看)

如果按照视频上的计算,12匹马完全可以拖动64吨的重物。这么看来,其实还是有可能的。

旋转断头台

《死无对证》里面可能最令人记忆深刻的,就是杰克船长即将被断头台斩首的时候,炮弹击中了断头台。然后刺激的来了:原本非常靠近杰克的铡刀,由于旋转又远离了杰克的脖子。

你肯定尝试过拽着绳子旋转某些物体,当速度足够的快的时候,绳子会被绷紧。

Credit:123RF.COM

为了避免杰克真的被斩首,就需要足够的转速产生从而抵消重力。我们假设断头台高4米,也就是旋转过程中的半径R。

那么我们计算一下旋转一圈时间T:

加速度= 4×π2 × r / T2

T2=4 × π2 × r / 加速度

T2=4 × π2 × 4 / 9.81

T =4.012秒

也就是说,断头台至少达到四秒一圈的频率才可以确保杰克船长的存活。在电影里面看起来还是快了很多的,所以没问题,杰克肯定能活下来,不然下面的剧情怎么办?

时钟派经度测量法(Longitude by chronometer)

在航海的时候,天文学家Carina使用了精密计时表——一种18世纪开始出现,并经过了长时间发展一种非常精准的高精度时计。

航海的时候,准确的得知经经度非常的重要,而精准的计时表就是航海发展过程中非常关键的技术之一。

纬度可以非常简单的得到,只需要通过观察正午太阳的高度(最高点)就可以判断。不过在海上,经度就非常难以判断了。但是人类的智慧还是非常的聪明的想到了很多种办法。

由于地球每24小时自转一周,也就是每小时转动15°。那我们只需要知道目前位置,和出发地位置的时间差,就可以得知两地的经度差。

举个栗子:比如我现在在海南岛向西出发,我只需要了解两个时间,一个是海南岛的时间为准,另一个是目前所在地的时间,那么当所在地和海南岛的时差到达一个小时的时候,就可以得知所处位置的在海南岛以西15°。那么求经度的问题就极大的简化为测量时差。

Credit:123RF.COM

那么重点就是得知当前所在地的时间,和出发地的时间。当前所在地的时间非常容易得到,通过测量竖立的棍子影子最短的时候,就是正午12点了。

问题来了,我怎么得知出发地的时间呢?

简单点,带块表啊!保持出发地的时间就行了。但是还有个问题,那个时候没有那么准的表……最好的钟表一个小时也也有15分钟的误差!

所以当时的科学家提出了各种替代方案,比如夜观天象,通过星辰的运转得知时间。比如我知道出发地午夜0点会出现月食,然后我观测,现在11点就发生了。那我就得知出发地现在12点了,就这样计算出了时差。但是这样其实也有误差,因为这个需要大量的经验,以及对天象的足够了解。

然后科学家分成了两派:一派疯狂的观测天象,研究星辰运转,叫做天钟派;另一派疯狂做表,希望更加准时,叫做时钟派。

而之后时钟派的精髓,就在于不断发展出现的精密计时表。这也让水手可以更加有效,更加安全的航海。在达娃·索贝尔的《经度:寻找地球刻度的人(Longitude: The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time)》一书中,详细记录经度测量的发展,是本非常不错的书。

当然了,小编要跑题说一下在索贝尔书记录的其他测量方式。

在索贝尔的书中,专门记载了一种叫做感应散的方式,简单来说是时钟派的分支。由于17世纪末两大派的争论不休又都不能秒杀对方的时候,众说纷纭方案中最有趣的一个。

且听我慢慢说。

首先这个方案需要使用到一个非常神奇的疗伤圣药,就是感应散。那时候的人们相信这种圣药可以非常有效的治愈伤口,只需要洒在伤口或者你的衣服上,甚至都不用撒到身上就可以远程疗伤!比如洒在从你伤口处取下的绷带上就有疗效!

但是感应散有个副作用,就是疗伤的时候会特别的疼,被治疗过的伤员疼的嗷嗷叫。

广大群众的脑洞大开的想了一个绝妙的办法!就是先捅狗一刀,然后把狗带到船上。同时,把绑过狗的绷带留在岸上。让岸上的人每天中午12点往绷带上撒了点感应散。由于感应散可以远程疗伤,还极其疼痛。所以这个时候狗会疼的嗷嗷叫。这个时候船员听到狗叫嗷嗷叫,就知道出发地是正午12点了。正好就能计算时差了!简直完美的解(m)决(d)方(z)案(z)!

不过有个问题,由于感应散是疗伤圣药,狗的伤口会逐渐长好。那不就没办法得知岸上的时间了吗?

那就再捅一刀!

不过这个方案并没有推广成功。原因你懂的。不过我到是觉得《死无对证》里面带条狗是个不错的选择……

好吧,电影里能看到几百年前航海导航的方式,也是件蛮有趣的事情。同时也符合科学,没问题。

总结

电影除了动作元素,科学方面也没有太大的问题,尤其在海航导航方面的细节非常严谨,电影里多次出现天文学家Carina重新校准天文望远镜,或者使用精密计时表计算经度。

如此符合科学的电影也非常难得了,只是不知道杰克船长被固定在断头台上跟着一起旋转的时候,脖子受不受得了,起码是蛮疼的……


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