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弗雷德·弗林特石燃烧的脚的物理学

探索弗雷德·弗林特斯通的脚在停止石轮车时面临的摩擦挑战,以及它如何影响他脚的耐用性。

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我希望这位“现代石器时代家庭”的父亲皮肤足够厚,否则他会失去双腿。

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我们先不谈弗雷德·弗林特斯通基本上是跑着上班的,所以他根本不需要车轮(或者他需要神一般的股四头肌才能让车动起来)。更有趣的是他停车的方式。弗雷德以他那尖叫冒烟的脚而闻名,他用自己的双脚来阻止前进的惯性。就像你汽车的刹车片一样,弗雷德的脚吸收了所有的摩擦力,直到石头停止滚动。但是他的脚需要施加多大的力,它们会发生什么呢?摩擦力战胜了脚部磨损摩擦系数——摩擦力与压在表面上的重量之比——是我们首先要找到的。它曾被研究过用于人体皮肤[PDF],但我们真正要寻找的是路面的粗糙度;弗雷德的脚会遇到多大的阻力。我怀疑《摩登原始人》没有像今天这样的铺设道路,所以对弗雷德刹车路面粗糙度的初步猜测会比我们高速公路上的值高一点:大约0.7-0.9。重载会遇到更多的摩擦力,所以接下来我们必须估算弗雷德那辆著名的石轮车的重量(顺便说一句,复制品正在出售)。汽车的大部分质量都集中在前部和后部的巨大石轮上。我们假设它们是花岗岩。如果它们长一米半,直径80厘米——就像巨大的石擀面杖——那么它们每个大约重360公斤(约795磅)。但这并不是所有压在弗雷德必须停车的路面上的重量。弗雷德本人是个魁梧的家伙,可能重95公斤(210磅)。为了估算,我们可以假设汽车的其余部分,由篷布和木材制成,另外重50公斤(110磅)。所以总而言之,弗雷德必须用他的脚后跟来停止一辆865公斤(1910磅)的石轮车。(请注意,由于现代汽车的金属框架、发动机和其他部件,这比今天的汽车轻得多。)所以我们有了重量,现在我们需要速度。弗雷德用自己的力量驱动车轮,但我猜他不可能开得太快。世界上最快的人力自行车曾达到惊人的每小时82英里。一个胖胖的穴居人不可能仅凭双腿就能让一块花岗岩跑得那么快,即使平均高速公路速度似乎也遥不可及。石轮车既不是空气动力学的典范,也不是工程天才的杰作,但它仍然必须比仅仅跑步快,才能作为一辆车有任何意义。我姑且给弗雷德一个好处,说他的最高速度是每小时25英里。现在我们有了所有的数字,我们所要做的就是把它们代入。假设弗雷德的脚因为老茧而坚不可摧,以每小时25英里的速度猛踩崎岖的路面,石轮车将在大约26英尺(8米)内停下来。考虑到他的拇囊炎是刹车片,这还不错。(如果你想看停车距离的完整计算,我在这里对蝙蝠侠和小丑在地板上滑行做了同样的计算。)但是如果弗雷德的脚不是坚不可摧的呢?他脚上的摩擦力将是大型美洲鳄咬合力的两倍,所以我认为他的脚趾承受不住。换句话说,这就像站在砂带磨砂机上,背上还站着一头幼年非洲象。弗雷德的脚最好的情况是遭受轻微的“路面擦伤”——摩托车手和骑自行车的人高速滑行时会遇到的那种擦伤和烧伤。最坏的情况更有可能发生。如果弗雷德将脚压在地上并保持住,他很可能会失去双脚。不幸的是,我们知道这会发生,因为发生过人们的脚被汽车碾过的不幸案例(研究链接包含一些血腥图片)。当材料无法承受摩擦时,结果就是灾难性的发热和解体。弗雷德·弗林特斯通刹车后的脚很可能会像无法承受摩擦力的飞机起落架一样:

如果弗雷德决定带全家出去吃雷龙汉堡和看汽车电影,脚部摩擦的问题只会变得更糟,因为石轮车会明显更重。当然,所有这一切都假设汽车本身能行驶超过几英尺。作为一名工程师,我不知道一辆向前行驶的汽车如何能保持一个没有后挡块的后轮。今天的工程师已经开发出能够承受巨大热量和压力的刹车,正是因为其他材料在这种严苛的条件下会失效。那些不可用的材料清单中肯定包括人皮。用光脚当刹车绝对是“丫吧嗒吧不要”。图片:《摩登原始人》片头截屏;来自Airlinesafety.com的飞机起落架

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