塞爾達傳說荒野之息中,林克在船上用樹葉扇動風帆,船可以移動。在現實中可以實現嗎?
我想了想,既然被邀請了就說兩句話不太好,較個真吧。
首先林克所使用的樹葉並不是普通的樹葉,而是來自大德庫樹的德庫葉,在風之杖中登場過。那麼問題來了,
現實世界中可沒有大德庫樹啊………………
———————————————————————原回答↓謝邀,可是題主你提這個問題可能不該邀請咱這種只玩遊戲的,你得邀請學物理的………………這是個有趣的問題。
先說答案:在現實情況中,船肯定是會移動的。但是,移動的方向和速度,可能就不能讓你滿意了。
首先我們簡化一下模型,把站在帆船上用扇子扇風帆是否能移動船轉化為2維的形式如下圖(配圖明天再畫),這樣避免還要想其他方向。
OK,我們現在分下面集中情況分別討論
我們先確定一些不會改變的東西:
林克(不是我,是那個在船上扇風的綠帽子勇者)與船體之間的摩擦力無限大,視為同一個物體,或者直接認為是一個安裝在船上的一個綠色電風扇好了;船的初始狀態是靜止的;1.假設所有狀態都是理想化的:
理想化狀態包括:1)水面沒有摩擦力和阻力;2)扇出來的風完完全全的被風帆兜住了;3)空氣也沒有阻力;4)風吹在風帆上完全不反彈;
5)風從風扇扇出來到風帆上的時間忽略不計。然後我們看看會發生什麼。首先林克會扇出風,根據牛頓第二定律,是因為林克用扇子對空氣施加了力,其作用讓空氣獲得了加速度,於是使空氣有了速度開始運動也就是產生了風。然而根據牛頓第三定律,力的作用是相互的,所以林克對空氣使勁,空氣也對林克使了相同的勁,所以林克也產生了加速度林克也開始了運動。同樣是根據牛三,作用力與反作用力大小相等方向相反,所以林克和風運動的方向也是相反的,由於林克和船視作同一個物體,所以林克的運動等同於船的運動,於是你就看到了如下的景象
WTF?我怎麼往後運動了??
好了我們的理想化狀態還有一點就是,扇出來的風立刻到了風帆上。假設你是一個分子,你撞到牆上會怎麼樣,嗯,停下來了。所以風撞到了風帆上面,停下來了?從運動到靜止要什麼?減速,也就是反向的加速度,產生加速度要什麼?力。也就是說風帆對風施加了力,所以風停了,於是根據牛三,風也對風帆施加了力,於是根據牛二風帆產生了運動。誒等等,風帆不是船的一部分么?所以風帆的運動也等於船的運動,於是就產生了下面的場景。扇了風,林克和船就要往右動,被風吹到了,林克和船又要往左動。。。
船:MDZZ根據牛頓力學定律的計算,假設扇風用的力為F,船和林克共同的質量為M船,船向左右的速度分別是V左和V右,風的速度為V風,風的質量是M風在這樣的理想狀態下,產生了如下的計算
林克的船往右動的動量P右=M船 x V右由於船的初始狀態為靜止,因此船初始的動量為0,根據牛二中的動量守恆,風往左吹的動量P風=P右=M風 x V風林克的船往左動的動量P左=M船 x V左
風吹到風帆上面完全停住了,動量P風變成了0,所以P風完全的傳送給了P左,所以P左=P風=M風 x V風所以M船 x V左 = M風 x V風 = M船 x V右,所以V左 = V右所以向左和向右的速度就一樣了,相互抵消,船一動不動。等等,答主最早不是說肯定會移動嗎?好,那我們去掉一點理想狀態
2.風吹到風帆上需要一定的時間
一切的計算還是和完全理想狀態相同,船最後是靜止的。但是,船的靜止是由於對風是用的力最後吹到了風帆上相互抵消,於是如果對風用力和風對船用力中間有時間差,那麼在這個時間差里,船就會產生短暫的運動時間,因此產生了位置的變化,只不過這個位置變化的方向,是向後!
因為如圖所示,扇出風,船向右運動,知道風吹到帆上,產生向左的運動與向右的運動抵消,變回靜止,但已經移動的距離不會改變,所以產生了位置的變化。等等,好像還沒完!我們一個一個吧理想狀態去掉看看。
3.空氣有阻力(忽略空氣阻力對船的影響,反正下面還要討論水的阻力)
空氣有阻力的話,這個空氣的阻力會對風產生作用,阻力總是與運動的方向相反,因此風就會開始提早減速,假設風的初始速度為V風,到帆上的速度為V風",那麼在空氣阻力的作用下,V風『 &< V風,所以最終V左 &< V右,船會開始向後運動。。。。。這不安套路出牌啊!!!
4.風沒有全部吹到帆上
如果風沒有全部吹到帆上,那麼最後吹到帆上的風的質量M風" &< M風,於是P風進一步減小,根據上方的等式V左也再一次減少,船向後運動的速度更快了。WTF!!!
4.風吹在風帆上會反彈
終於有一個好消息啦!如果林克天神神力,風帆用了某種神秘的材料,扇出的風到了風帆上,產生了強烈的反彈,由於風產生了完全相反的速度,反向產生的動量就更大了,於是V左就更大了因此可能產生向前方的速度!!!我終於前進啦!!(當然你得先有天生神力和神秘的風帆)
6.水面也有阻力
由於水面也有阻力,你終於不會向後不停的運動下去啦!因為水的阻力會把你的船慢慢的停下,然後。。。就停在那裡。。。。一動不動。所以如果你跟這個沒有物理常識的綠帽子勇者一樣嘗試在帆船上對風帆扇風的最後的結果很有可能是:你的船先向後動了起來,然後被水的阻力停下,然後風吹到了風帆,船右向前動了起來,但由於空氣阻力等等的損耗,向前的速度沒有向後的快,因此還沒原來動的多就有停下了,漸漸的,你就離你的目標越來越遠~~~~~~~能啊,你換個思路想,比如你吧煽動樹葉形成的風力,想像成林克直接對著船尾扇動風力,再想像成他不是扇風而是在船尾划槳,不就可以理解了嗎。
只不過這樣做功實在是太費力了,正常人都不會這樣做…………現實中做不到啊。。
建立模型,想像空氣是一種物質,可以傳導動能。
如果他坐在船上,對著帆扇風,假設忽略動能損失,那麼實際上這個系統是對內做功。就像你不能拎著自己的頭髮把自己脫離地面一樣。即A=B。這還是假設林克固定在船上,即摩擦係數無限大。
而且現實中更可能的是一扇子把自己扇飛。(力的作用是相互的)
當然如果根據答主 @青蔥子 所說,扇扇子產生的風的能量遠大於扇扇子的人提供的能量(就當是玄學吧。。想一下隨手一揮召喚來個不斷提供能量自行行走的吹風機)
那多出來的能量就可以推動船前進。其中上面那個是自行跟隨玄學吹風機,自身對帆船做功A,同時不斷產生能量以抵消B帶來的反作用力。船和吹風機是兩個不同的小滑塊,所以不是一個系統。對於帆船來說,只有A受力,所以就能動了。自己找個浴缸那個吹風機體驗一下。。挺好玩的。
最後,老王說的那個。可能是這樣。
右邊紅色塊可以理解為空氣是一個整體。這個整體跟帆船是兩個小滑塊,所以帆船隻受B力可以前進。以上模型皆默認林克與船摩擦力無限大,是一個整體。同時忽略水的阻力。
免責聲明:我不保證完全正確,只能說是這個思路。。畢竟幾年沒在接觸過了有點生疏。
另外。。。我畫畫確實渣。。。有這力氣,划船好不好……
現實生活中,根據牛頓力學,這樣肯定無法把船向前移動。
但是!
關鍵Deku葉它不是一般的葉子啊,是魔法葉子。你看使用它在攻擊的時候,前方產生了一個小旋風,可以把敵人掀飛,但是並沒有同樣大的反作用力出現在使用者身上。同樣的道具,西遊記里的芭蕉扇,一扇可以吹滅八百里火焰山,但同樣沒有巨大的反作用力施加在使用者身上。
所以這些魔法道具的是這樣工作滴:
第一階段,符合牛頓第三定律,你扇出一個小氣團,你也受到一個相同的小的反作用力。第二階段,小氣團離開扇子的極一小段時間之後,氣團開始變大,風速開始上升,到達帆面時達到最大速度。因為此時風和扇子已經脫離接觸了,所以你並不受反作用力了。定性來說是可以的,人家「神器」功率也夠。
流言終結者做過類似的實驗。
下面我給圖解最後一行少了個 &>0 ……寫到最後激動了……飛機是向後吹風,向前飛。
------
力的轉換是有損耗的,所以你扇風造成向後的力大於風帆向前的力,結果變成向後運動了。看了這個問題才知道原來還有這種操作…玩兒了30小時…過河都是靠造冰柱子跳過去…
小人帽是往後扇風船往前動的,綜上所述,小人帽開發者的物理比荒野之息開發者的物理學的好
高中生做題,只會算動量
我的理解是這樣的:
可以實現.把此問題變化成下圖這樣的模型. 原題以及mythbusters實驗中的樹葉或者風扇是面A. 但是樹葉/風扇都完全不主動動作. 原題以及mythbusters實驗中的風帆是面B. 中間有一風扇F, 可以同時往兩邊吹出除了方向相反之外完全相同的風, 即W1, W2.所以 在合適的狀態下, 船/或者車會往 A -&> B 的方向移動. 也就是會往原始題目中想要前往的前方前進.
首先聲明,我是學物理的,其次,可以移動,但是這個移動準確的說是波動,換句話說是紋絲不動,當波強不大的話,以正常情況下一個成年人的力氣和視覺分析極限,假設沒有波浪或者風的干擾,波峰很小,你感受到的就是紋絲不動。
現實中都不需要對著船帆扇動,直接對著船尾扇就好。
那些用作用力反作用力解釋的,請注意一點,扇風的系統和風帆並不是獨立於外界的。這兩者與外界的大氣是有力的相互作用的。
這個現象不能簡單的用高中物理解釋!
也不要想當然!怎麼著也要流體力學和空氣動力學吧
畢竟我也是見過的……
---------------------
是說船順著風的方向行進,而不是風的反方向(反作用力)行進么。
我記得結論是可以做到。
忘了是在哪一季的《流言終結者》中,曾經驗證過這個實驗。
風帆和鼓風機固定在同一個小車上,開動鼓風機,小車向風的流動方向前進。很反常識吧,流言終結者的主持人也震驚了,最後也沒有給出一個明確的解釋。
求空氣動力學的大神解答原因。首先,我對以上各個回答嗤之以鼻……孔。我們先舉個非常簡單的例子:放煙花的時候煙花射出是有力的,如果你把煙花正面朝下可以很明確的感覺到這個力,但這個力足以支持一個人上天?記不記得有個人叫「萬戶」?假設你在船上扇風,風不夠大的話你的動作只會擾亂船的重心,鬼知道你往哪動。風足夠大的話,你會被射出去!什麼?你說你在船上固定住了?恩,因為應力的原因船會斷掉,但是仍舊不足以支持你不被射出去!什麼?你說你的船是999千足鈦?恩,你慢慢玩吧看你動不動。不過被射出去後肯定會有反作用力推動船往前走。有這個功夫把帆去掉了往後扇風就去了,因為反作用力反而會往前走。
想搞一個面向船頭的風必然要犧牲他的位置,推動他向船尾移動,船也受到了向船尾方向移動的力,然後他吹出的風經過大量的耗散,又給他了個向前的很小的力,這個力能不能破開水的阻力都是兩說,然後就往後面走了~
關於那些什麼魔法樹葉
就算芭蕉扇,一扇子下去,若不是船毀人亡,就是你被s…………………………h……………………e………………出去!就像你當年來到這個世界一樣!。。。。。這裡是分割線。。。。。。。。流言終結者第九季第六集,同集之前封閉環境試驗小車不就沒動。之後在動完全是因為伯努利定律流速大壓強小,而不是被帆驅動的。自然環境下氣壓水流氣流各種因素太多了,甚至水的密度不同也未必不能引導船。比如肥皂塗船頭改變船頭水張力船也可以被曲率驅動。林克施加的力不是一個恆定的力,如果足以帶動船前進,林克需要施加一個足夠穩定擾亂氣壓的力,這樣能耗不夠經濟,但確實可以實現。實現難度太大,一扇子下去容易被射出去。推薦閱讀:
※為什麼耳機線能夠在口袋中纏繞成複雜的形態?
※從物理角度解釋萬磁王的磁力護盾?
TAG:遊戲 | 物理學 | 塞爾達傳說TheLegendofZelda |