《一拳超人》中,琦玉一跳跳回地球需要多大的力量?

19.58秒。

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在动画中,秃子从月球回到地球的时间为19.58秒。

粗略估算,地月距离384400千米,平均速度:19632 km/s (光速的15分之一,相对论效应有,但不明显),秃子起跳准备时,重心下移大约0.5米,起跳(假设匀加速)施力作用时间约为 t=\frac{2S}{v}=0.05\mu s ,即0.05微秒,获得冲量为 1.374\times 10^{9} N\cdot s ,起跳阶段作用力为 2.732\times 10^{16} N ,释放能量1.4\times 10^{16}\space J,能在地球上砸出一个巴林杰陨石坑(直径1200米)。大概长这样:

仔细计算的话,要考虑空气阻力和重力。

最后的100千米,受到 F=\frac{1}{2}\cdot \rho C_{D}\cdot SV^{2} 的空气阻力,空气密度1.29 kg/立方米,阻力系数取0.1,当秃子速度为19632 km/s时,受到的空气阻力为 1.86\times 10^{12}\space N ,会让秃子剧烈减速,0.01毫秒之内就会让秃子速度在重力下达到平衡(45.43m/s)。

秃子要在19.58秒内从月球到达地表,要么他能在大气中加速,要么他的阻力超小。

个人倾向于前者,毕竟秃子也是个人形怪物,没道理阻力系数比飞机还低。

秃子的腿力足够让他在空气中也如履平地(也不是什么新鲜技能)。而前面也说了,秃子从屈膝到跳起用时0.05微秒,产生 1.374\times 10^{9} N\cdot s的冲量,使其速度增加 1.96\times 10^{7}\space m/s

所以……

已知:一个体重70kg,截面积0.075平方米的秃子从384400 千米的位置到100 千米的位置,做速度为v0的匀速直线运动,在100千米到地面,做初速为v0的直线运动,每x微秒进行一次加速,每次加速产生 1.374\times 10^{9} N\cdot s的冲量,然后硬着陆,boom。全程用时19.58秒。(空气密度1.29 kg/立方米,阻力系数取0.1。)

t_{1} = \frac{384300000}{v_{0}} s

假设后100千米每 \Delta t s进行一次计算,一共计算n次,第一个 \Delta t s内,速度为v0,第二个\Delta t s内,速度为v1,则 v_{n+1} = v_{n} +(g- C\cdot v_{n}^{2})\Delta tC=\frac{1}{2}\cdot \rho C_{D}S=0.0048

当n\cdot \Delta t 是x的整数倍时, v_{n+1} = v_{n} +(g- C\cdot v_{n}^{2})\Delta t+1.96\times 10^{7}

S = \lim_{\Delta t \rightarrow 0}{(\sum_{0}^{n}{v_{n}\cdot \Delta t} )}=100000 \space m

又有 t_{2} = n\cdot \Delta t, t_{1} + t_{2} = 19.58s

计算结果:

当秃子在大气中0.1微秒蹬一次腿,其初速为19628km/s。

当秃子在大气中0.5微秒蹬一次腿,其初速为19629km/s。

当秃子在大气中1微秒蹬一次腿,其初速为19630km/s。

当秃子在大气中10微秒蹬一次腿,其初速为19633km/s。

当秃子在大气中100微秒蹬一次腿,其初速为19647km/s。

当秃子在大气中1毫秒蹬一次腿,其初速为19733km/s。

大致上讲,秃子的腿力约莫这么大: 2.7\times 10^{16} N ,释放能量 1.4\times 10^{16}\space J ,嘛,也不过是一次普通的蹬腿而已,其实也不是特别大,一个沙皇炸弹爆炸的总能量而已。

也不过是在月球上搞出了一个这么大的陨石坑罢了。

就酱。

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既然看的人这么多,就再献一下丑,讨论一下秃子为什么必须在大气内进行加速,而无法通过一次跳跃在19.58秒内到达地球表面吧。

一图流

经典力学范畴内的击穿深度D和飞行物体的长度L以及飞行物体与被撞击物体的密度之比(A/B)相关。

秃子70kg的体重,说明其密度和水接近,大约是海平面空气密度的一千倍,秃子身高1.7米,算得秃子只要以不过分接近光速的速度飞行,最多只能穿透大约2公里海平面密度的大气层。

大气密度随高度的变化: \rho_{h} = \rho_{地表}\times exp\left( -\frac{mgh}{RT} \right) ,m为空气的相对分子质量0.029kg/mol(其实这里的密度公式也应该在上面计算空气阻力的时候套用,虽然主要是懒,但是应该影响也不大,秃子在大气层内飞行的时间总是小于0.001秒,我从视频读取时间的精度应该是结果精度的主要控制量。)

现在我们要计算的是在实际大气密度分布之下,整个大气等效于海平面密度的的等效深度。

观察穿透深度公式, D\rho_B = L\rho_A ,可见等效深度\times \rho_{0} = \int_{0}^{\infty}h\rho(h) dh

带入密度公式得: 等效深度 \times \rho_{0} =\int_{0}^{\infty}h\rho_{0}\times exp\left( -\frac{mgh}{RT}\right)dh

简单的分步积分,可得: D_{等效} \times \rho_{0}=\lim_{h \rightarrow \infty}{\frac{\rho_{0}RT}{mg}(1-exp(-\frac{mgh}{RT})\cdot(1+h))=8600\space m\times \rho_{0}}

因此,对于天外来的陨石一类的撞击物,地球的整个大气相当于8600m深密度为海平面密度的空气,而秃子在不极端接近光速的情况下,无论如何只能穿透2000m左右。

结论便是,以秃子的尺寸和密度,无法直接贯穿大气层,其最终会以平衡速度45.43m/s落到地表,即使最后只剩1km,也需要超过20s的时间,因此,秃子必须能够在大气层内加速才能够保证从月球到地表的时间控制在19.58s左右。

就酱。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:张狒狒

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