一个可教之人:-)【转】奥运前夕——揭开跳蚤神奇弹跳力之谜


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送交者: taicu 于 2009-03-31, 06:30:00:

回答: 维基上说galago能跳得两米高也是像跳蚤一样储存了elastic energy 由 wanxiang 于 2009-03-31, 02:45:36:

【这段比较幽默:“至此,跳蚤神奇弹跳力之谜已经彻底揭开,虽然这个谜底是如此的简单,但一直以来,我从来没有看见有人用和我类似的方法来论证而否定跳蚤超强弹跳力的文章,在网上也没有搜到这样的文章,所以,我觉得有可能我是第一个揭开跳蚤神奇弹跳力的人,所以,对我这篇文章的版权要求保护,希望转载的网友能注明原文的出处。”】

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奥运前夕——揭开跳蚤神奇弹跳力之谜
人们一直都认为,跳蚤是动物界的跳高冠军,其弹跳力是其他动物难以相比的!
但有一件事经常引起我的注意,那就是越小的动物,跳高跳远的能力好像越强,但这些动物跳起的高度数值却不是很高,而且自然界中大多数的动物跳起的高度实际上没有很大的悬殊。这经常引起我的思考,有一次我尝试用物理和数学的知识对跳蚤的弹跳力进行论证和计算的时候,竟然揭开了跳蚤欺骗了我们几千年的弹跳力之谜!
我们可以用物理学做功的原理对跳蚤的跳高过程进行这样的计算:我们可以先假定一个肌肉弹跳力系数,其实就是肌肉收缩时单位面积肌肉产生多大收缩力的系数,我们可以假定这个系数为:ρ.还要设定跳蚤的腿部肌肉的横截面积为S,还有腿部肌肉的运动距离为N,这样,跳蚤弹跳一次所做的功就是 G=ρ*S*N*2
ρ*S计算出跳蚤弹跳时的力,力乘以做功距离N就是一条腿在弹跳时做的功,最后乘以2就是2条腿的,也就是弹跳一次所做的总功。
跳蚤腿部弹跳这一次做的总功转化的结果就是让跳蚤跳起来。也就是说,跳蚤从地面跳到它跳的最高高度需要的功就是跳蚤双腿弹跳所做的功。如果我们假设跳蚤的重量是Mg,跳起的高度是h,那么跳起来所做的功就是:G=Mgh
因为跳蚤弹跳时腿部做的功和跳起身体所需要的功相等(不考虑空气阻力等因素),所以,ρ*S*N*2= Mgh
推出:ρ*S*N*2/Mg=h
如果到这里你能看明白,那接下来的事情就很简单了。
我们可以假设这个跳蚤的身高是原来的10倍,看看能跳起几个h的高度。
身高增长10倍,那么肌肉的横截面积就增加100倍,肌肉做功距离增加10倍。由于身体的长宽高都要增加10倍,所以,它的体积增加1000倍,体重也就增加1000倍。在肌肉弹跳力系数ρ不变的情况下。那么计算这个比普通跳蚤大10倍的跳蚤能跳起的高度计算为:ρ*100S*10N*2/1000Mg
化简后得:ρ*S*N*2/Mg
因为我们计算普通跳蚤的弹跳高度是:ρ*S*N*2/Mg=h
所以,这个比普通跳蚤大10倍的跳蚤跳起的高度还是h. 即:跳蚤的身高增加而跳起的高度却没有增加。
同理,如果是一个比普通跳蚤身高大100倍的跳蚤,(身高增长100倍,那么肌肉的横截面积就增加10000倍,做功距离增加100倍。由于身体的长宽高都要增加100倍,所以,它的体积增加1000000倍,体重增加1000000倍。)跳起的高度就可以计算为:ρ*10000S*100N*2/1000000Mg=ρ*S*N*2/Mg=h,
从计算得知,比普通跳蚤大100倍的“大跳蚤”跳起的高度还是1个h的高度,即:跳蚤的身高增加而跳起的高度却没有增加。
如果是和人差不多大的跳蚤呢?我们可以假定它的身高是普通跳蚤的1000倍,那么身高增长1000倍,那么肌肉的横截面积就增加1000000倍,做功距离增加1000倍。跟前面同理,体重增加1000000000倍,跳起的高度就可以计算为:ρ*1000000S*1000N*2/1000000000Mg=ρ*S*N*2/Mg=h
由上面的计算得知,只要跳蚤的肌肉弹跳力系数不变,不管跳蚤大还是小,在不考虑空气阻力的情况下,它跳起的高度都是h,也就是说,基本没有大的变化,如果h是30厘米的话,那跟人一样大小的跳蚤也只能跳30厘米,跟人的弹跳力差不多,实在不能说跳蚤有惊人的弹跳力。
如果我们来计算人的弹跳力,同样用上面的公式,也可以得出这样的结论:如果一个人能跳起60厘米的话,那么这个人身高缩小1000倍,变成一个和跳蚤差不多的小人的时候,在不考虑空气阻力的情况下,也可以计算出他跳起的高度也是60厘米。所以,人的弹跳力并不比跳蚤差多少!
对于上面的计算,看起来比较抽象,很多人会觉得难以理解,现在就从实际的感觉来理解上面的问题:
通常情况下,我们身体没有负重的时候,我们蹲下站起来,会觉得比较轻松,如果我们背上一个和自己差不多的人或重物,站起来会很吃力,如果背我们自身体重2倍的重物,可能很多人要站不起来,也就是说,一般人腿部产生的力量一般是人自身重量的2-3倍,能跳起的高度大约是30-100厘米。现在我们假想一个人在肌肉弹跳力不变的情况下,身体的长宽高都缩小到原来的1/10,那么他的腿的肌肉横截面积就会缩小到原来的1/100,他能产生的力量也是原来的1 /100,但他的体重会缩小到原来的1/1000,力量缩小100倍,而体重缩小1000倍,很明显,现在他的腿能产生的力量与他的体重相比增加了10 倍,也就是他的腿能产生的力量是他体重的20-30倍,腿部力量与体重如此大的悬殊,就使这么大的“人”很容易跳起自身高度的2-4倍,而我们在自然界所看到的青蛙一类的动物大约就是这么个情况。
同样,在人的身高缩小100倍的时候,腿部肌肉的横截面积就会缩小10000倍,也就是腿部力量缩小 10000倍,但身体体积会缩小1000000倍,重量也缩小1000000倍,腿部力量与身体重量的对比反而增加100倍,也就是说腿部能产生的力量是体重的200-300倍,这样的力量对比就使得这么大的“人”或动物很容易跳起自身高度的几十倍,这么大的动物我们常见的大约是蟋蟀一类的昆虫,多数普遍能跳起自身高度的20-40倍。
现在我们把人缩小1000倍来看,那就和跳蚤差不多了,由于腿部肌肉的横截面积就会缩小1000000倍,也就是腿部力量缩小1000000倍,但身体体积会缩小1000000000倍,重量也缩小1000000000倍,腿部力量与身体重量的对比反而增加1000 倍,也就是说腿部能产生的力量是体重的2000-3000倍,这样的力量对比就使得这么大的“人”或动物很容易跳起自身高度的几百倍,这么大的动物我们常见的就是跳蚤了,但我也曾经看到像跳蚤那么大的小昆虫能跳10-30厘米那么高,但这么大的动物能跳的基本很少见,所以,让跳蚤“骗得”了跳高冠军的金牌也是很正常的。还有,昆虫类的动物普遍能搬动比自己身体大几十几百倍的重物,常常让人类觉得不可思议,其实也是这个道理!
至此,跳蚤神奇弹跳力之谜已经彻底揭开,虽然这个谜底是如此的简单,但一直以来,我从来没有看见有人用和我类似的方法来论证而否定跳蚤超强弹跳力的文章,在网上也没有搜到这样的文章,所以,我觉得有可能我是第一个揭开跳蚤神奇弹跳力的人,所以,对我这篇文章的版权要求保护,希望转载的网友能注明原文的出处。谢谢大家!


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