哆啦a梦竹蜻蜓 实现《哆啦 A 梦》中的竹蜻蜓需要多快转速,对人的头需要多大的吸力?

看到这个问题立马就想到柳田理科雄的《空想科学教程》了,书中专门就哆啦a梦里的竹蜻蜓进行了“科学”的分析,本以为肯定会有人贴上来呢,好吧这个活我来干好了。
下面是节选的一部分内容,有兴趣的请自行谷歌,这是无比欢乐的一本书。
第十章


飞! 飞! 飞上天!



自从美国的Superman飞上天以来某种标准就成立了:

"不会飞的英雄,逊哪!"

可是 要怎样才能飞呢?

第一 用气球飞!

老早在"Ultra Q"剧集中怪兽八伦嘎就是靠浮力飞行的。而特摄"秘密战队苦练者"中也有用气球的载具"巴里气球"。不过这方法的弱点是"慢!",而且受制于天候。

图示:在刮风天搭乘"巴里气球"出击的秘密战队苦练者一去不复返.....


第二个方法,是像人造卫星一样,以秒速7.9公里的速度运转,即可获得脱离地球引力的离心力而飞在天上,但这一来只能不停的绕着地球飞转。

剩下的方法,就是用"反作用力"等方法了。

用火箭向下喷射,或用螺旋桨(旋翼)将空气向下吹,利用反作用力飞空,这是常用的设定。

用螺旋桨飞行的例子首推小叮当的竹蜻蜓但是.....

(注:除此之外特摄"萝卜孔"与卡通"萝卜汤"的主角也是用螺旋桨飞行的机械人)

第一个问题:

没有尾翼的辅助自己身不会反方向作逆回转吗?

一个70公斤重的人若用直径2公尺重量2公斤的螺旋桨来转的话,此人会以螺旋桨转速的0.77倍速度反向回转。不过,小叮当的竹蜻蜓很小,直径约20公分 吧(目测),重量约200公克(假定)。这样要带动一个80公斤左右肩宽约60公分的躯体,那身体的逆回转不过是螺旋桨转速的万分之一罢了。所以没啥关 系,这个问题算是解决了。

(译注:小叮当的设定体重是一百二十几公斤的样子,不过我们柳田理科雄所长似乎没收集到这个设定值还是等原作者托个梦告诉他好了....)

但另一个问题来了:这么小的螺旋桨吹的风岂不是都吹在小叮当自己头上吗?何况小叮当的头又是特大(大约直径60公分吧?)?


图示:不到头的直径三分之一大小的螺旋桨吹出的气流图

这一来就事倍功半了能有效到达地面的推力不到10% 也就是说要抬起体重80公斤的人要有800公斤的推力....直径20公分的螺旋桨要得到800公斤的推力要吹出秒速高达4600公尺的风才行!(音速 1.3倍!)被这种风吹到头顶会把整个脑袋瓜吹烂掉!整个人都会被扯碎!


图示:用竹蜻蜓飞的结果只剩下竹蜻蜓带着一块小叮当的"头皮"(遗物?)在飞
(连线板有一堆人在讨论小叮当的"结局" 应该叫他们来看看这个).....

下一个方法就是以火箭引擎的推力来飞

这个不希奇从"原子小金刚"开始就有了以下我们就以孔巴特拉V为代表来讨论这个方法(因为有许多机械人的飞行方式都是如此就是在两脚足底装喷射火箭)

第一个问题是燃料

一公斤的液态氢液态氧的混合燃料一秒内燃烧可得推力450公斤孔巴特拉V的体重是550吨(我们姑且不论这过轻的体重是如何来的详见第一章) 要推动它上天一开始的第一秒钟要消耗燃料1.2吨(因为接下来损失了燃料的重量机体也会越来越轻) 这样计算若是孔巴特拉V全身的60%体重都是燃料的话(太夸张了只有40%的重量是机体结构?) 也只能飞空398秒

算了能空战6分38秒也很不错了尽量打陆战吧

另一个问题是安定性只靠两脚的火箭把全身推上空中是很不安定的如同用手指顶住一只铅笔尾端把它顶上天空它就会不停翻转很难笔直飞上去的

初期的阿波罗火箭是用四个喷射口来保持平衡实验中有一个喷射口出力稍弱一飞上去就开始回转撞上地面爆炸曾有这种例子

为了安定姿势第一个方法是在机械人全身上下各部位安装许多调整姿势的小喷射口("Z Gundam"起的MS都是这种方式 但是这种引擎的出力协调非常难以控制而且... .

哆啦a梦竹蜻蜓 实现《哆啦 A 梦》中的竹蜻蜓需要多快转速,对人的头需要多大的吸力?
图示:全身装满喷射口的孔巴特拉V很难看......


还有一个维持姿势的方法就是在体内装"陀螺仪" 利用这个回转的安定性维持姿势不过这一来机械人的姿势一飞上天就再也不能改变了,而且也不能变换方向更无法进行空中格斗!

剩下一个方法是利用"扬力",这也就是我们一般飞机的原理。根据白努利定律,飞机以时速1000公里的速度飞行时,一平方公尺的翼面积可得700公斤的扬 力。但是,机械人中,只有兜十藏父子设计的铁金刚、大魔神有"机翼"这种东东啊?

(至于盖特机械人用"披风"那种东东......只有GUNBUSTER会去效法这种设定)


图示:机翼的横断面图在流体力学上获得扬力的原理

以及"巨大机械人的横断面图" 在流体力学上"不太可能"获得扬力的原理......


若机械人的横断面真的能获得"扬力"倒还好办以它们的体表与重量来算,孔巴特拉V只要音速0.81倍的速度就可以得到足以飞行的扬力,原子小金刚则只要音 速0.44倍即可(当然一部份的原因是因为它们的体重设定都过轻了....详见第一章),但是真正要命的是体重3万5千吨的超人力霸王!

超人力霸王的体型,就算它的横断面可以获得扬力,换算过来,也只有320平方公尺的翼面积,就算用音速5倍飞行(根据设定这是初代超人的最快速度)也才获 得扬力8400吨,不到体重的四分之一!

想要叫超人力霸王飞?可以要获得四倍多的扬力!

既然速度设定是五倍音速不能再快了那只剩一条路:加大翼面积! 把身体压扁成原来的四倍大即可!


图示:飞吧!超人力霸王"肉饼"!(还是应该叫"力霸王比目鱼"?)

超人力霸王:"他X的!要我变成这种样子来飞我宁可死!!!!...."

不过即使变成这样在速度没达到音速五倍时还飞不起来呢!

加油吧! 比目鱼...不 超人!

不但如此有关"飞行"这件事还有许多致命的难题我们下回再谈!
tp的注解

嗯其实他有提到古老的无责任设定--反重力喔就是人造卫星那个嘛....
"反重力"就是去除了地球重力的束缚但是有些漫画家的说法并不是说"没了重力
就像太空梭里的人一样飘浮着" 因为我们在地球上是随着地球高速自转的(越靠近赤
道转速越快) 一旦失去重力这离心力会把我们抛上天而不是浮在空中而已
关键是这种飞法是没方向性可言的ㄅ不论是浮在空中或是顺着地球自转切线方向
飞出去 都不算好用的"飞行"方法吧?
就算力霸王以此力量浮空也要有方法"推进"

再来"重力"是什么? "空想科学读本"强调的是"我们已知的科学" 对于"重力"
要如何以人工制造甚至于反重力都有某些质疑(后面就有一堂是讲"人工重力装置"
的可以看一下) 我想柳田理科雄要是听到"反重力" 一定会说:
"那只有一种可能!在头顶上方有一个能发出与地球重力相等的力量的天体存在!
而且重力与距离的平方成反比所以这个`天体一定要非常巨大的质量才能从那么远
发出能与地球(就在你脚下)相抗衡的重力来互相抵消!"
那可能要把太阳或木星搬到人造卫星轨道这个距离才办得到懂物理的麻烦算一下给我看吧(PS:想到这个问题就回忆起了高中时代在教室拿彩屏MP3看《空想科学教程》看得很想笑但是又不能笑出声,憋的痛苦无比的那段日子O(∩_∩)O~)  

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