【頭搖又尾擺】
新一集的「狂野時速」上映在即,這套續集愈拍愈有的電影,原來已經踏入第 20 個年頭,不少粉絲享受電影中的駕駛快感、官能刺激,但你對現實中的飆車又知道多少呢?
現時世界最高速車輛的紀錄,由世上首輛超音速跑車 Thrust SSC 奪得。1997 年,車手 Andy Gree...
【頭搖又尾擺】
新一集的「狂野時速」上映在即,這套續集愈拍愈有的電影,原來已經踏入第 20 個年頭,不少粉絲享受電影中的駕駛快感、官能刺激,但你對現實中的飆車又知道多少呢?
現時世界最高速車輛的紀錄,由世上首輛超音速跑車 Thrust SSC 奪得。1997 年,車手 Andy Green 於美國內華達州黑岩沙漠(Black Rock Desert)駕駛這輛跑車,創造了時速 1,227 公里的驚人紀錄,至今無人能破。單看外型,便知此座駕非比尋常,因其採用的是兩具軍機引擎,能在短短 16 秒內由靜止狀態加速至時速 1,000 公里,相比之下,平常觀看的一級方程式賽車(Formula One)實是天壤之別。
當然,車速愈高,駕駛的限制也愈多。只因天氣、路況、障礙物等因素影響下,稍有差池,一個意外便足以車毀人亡。因此環境空曠、人煙稀少、障礙較少的黑岩沙漠,便成為現時國際汽車聯盟的陸上車速紀錄專門測試地。
要刷新速度紀錄,除了要有高速的跑車、合適的場地外,優秀的車手也不可或缺。不少人看到車手手握軚盤、身軀毋須大幅郁動,便低估其體力需求,甚至認為與打機差距無幾,人人都可以做到,這實是天大的誤會!
事實上,賽車無疑是一項極限運動,對車手有著極嚴苛的要求。例如,車手的視覺、反應能力極高,才能在逾 200 公里時速下,與眾多車手競爭,並避免意外;車輛高速行駛下,心跳加速是人類的自然反應,車手要長時間作賽,且心臟跳動次數每分鐘可高達 180 次,這並非所有人能夠負荷的水平;駕駛艙較周圍高逾 25°C,加上車手需身穿厚重的防火保護衣,每次比賽可流失 4-7 磅汗水,確實是一項高強度運動;而且車輛加速、剎車、轉彎時,均會產生極大重力、壓力,車手要保持穩定,必須強化肩、頸、核心等部位的力量。
電影的快感,讓不少人對飆車心往神馳,但當知道車手的嚴格要求後,不知會有多少人敲打退堂鼓?堅持,做一個一直堅持的人,其實殊不容易。
#茶杯人類日常
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【五年前舊文】無線新聞,你快得過光?
剛剛出去上德文課,幾位朋友同時傳來同一張無線新聞的截圖:
將達時速14000公里,是光速的三倍
原來是是但但的無線新聞,在晚間新聞報導中說 NASA 的信使號將以「三倍光速」墜落水星。短短一個小時,這個錯誤已經在香港網絡界來回流傳了不知多少次了。
其實,如果不是物理專業的人,聽起來會覺得很正常,沒有問題啊!在日常生活中,我們很少會接觸到「光速」。光速就是光的速度,每秒鐘 30 萬公里,即時速 10 億 8 千萬公里。即是有多快?快到只需要 1 秒就能夠到達月球。
光速除了快,還有另外一個特徵,就是光速是宇宙間最快的速度。根據相對論,無論信使號如何加速,最多也只能達到 99.99999999999……….% 光速。就算把全宇宙的所有能量都輸給信使號,也永遠不可能達到 100% 光速。有興趣的讀者,可以參考我寫的講解相對論的科普文章《你也能懂相對論》。
不過,我認為其實重點不在於文字上。雖然寫報導的人有責任確保新聞內容無誤,我們就當這是手民之誤,袋住先吧。愛因斯坦也說過,學習之重要應該是去學習如何思考,而非死背資料性的數字。這一點相信大家都非常同意,尤其是非物理專業的人,不懂得相對論有何出奇?如果個個人都懂得相對論的話,我寫的文章也沒有人看了。
但問題是,我剛發現在四個小時後,是是但但的無線新聞靜靜雞改了原文,變成:
將達時速14000公里,是音速的三倍
Oh god, 這次又錯在哪裡?
第一,既然大家知道水星上沒有大氣層 (其實有,但非常稀薄),哪又何來「音速」?沒有大氣,聲音如何傳播?
第二,就算其中的音速指的是地球上的音速,也只不過是秒速 340 米,即大約時速 1220 公里。14000 除以 1220,是 10 多倍呢。
其實,不懂科學真的不要緊。一個人可以不懂科學,這是完全沒有問題的。我不懂煮飯,相信比不懂科學更大問題!問題在於,錯完一次,再錯第二次,就不是知識的問題,而是寫報導的態度問題了。
我相信,要看一個人做事是否認真,可以從他看待事物細節之中看出來。小事求其,大事又豈會嚴謹?
給你兩次機會,兩次都是但求其。是是但但,真的實至名歸。
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你知道嗎?【太空的邊界是哪?】
#本日冷知識1537
上上週我們講了三位蘇聯太空人不幸在太空罹難的故事。該事故迫使工程師從失敗中學習,並持續改進系統。使後繼者:來自各國的數百名太空人有安全可靠的方式定期往返國際太空站。
但說來奇怪,大多數太空人所到的「太空」,也只是在海拔約 400 公里的國際太空站「而已」,400 公里差不多是把台灣豎起來那麼高。相較於地球這顆直徑 12742 公里的巨球,國際太空站像一隻緊貼著地球臉皮飛的小蚊子。
定義上,太空的邊界是在海拔100 公里的地方,那條想像的界線叫「卡門線」(Kármán line)——太空人其實離家不遠。#當我張開翅膀試圖往夢裡闖
卡門線出自西奧多.馮.卡門先生(Theodore von Kármán, 1881–1963)出生於匈牙利的航空動力學工程師,身為猶太裔的卡門隨後移民美國,在加州參與成立「噴射推進實驗室」,也就是大名鼎鼎的 JPL,現隸屬於 NASA 的超酷組織(火星歸他們家管轄)。
* 德文名字有馮 (von) 不見得代表是貴族。馮卡門的 von 只是指出他來自卡門村。von ≒ from。
卡門本身是超音速飛行、飛機翼型、流體動力學,尤其是紊流方面的泰斗。簡而言之他是造飛機專家,怎麼會管到太空去了呢?
故事要說到底,就得從......牛頓說起!讓我們倒帶,回到西元 1665 年,英國鬧大瘟疫,青年牛頓實行了保持社交距離的防疫措施,就宅在家,看著蘋果掉落忽然就想通了萬有引力原理。天才小神童是想通了啥?原來他是頓悟惹:月亮和蘋果是完全一樣的,在向著地心做自由落體!之所以蘋果會著地,但月亮永遠不會掉下來的差別在於,月亮的橫向(公轉)速度非常非常非常非常之快。
什麼跟什麼,有聽沒有懂 XD 是,牛頓的頓悟超抽象的。幸好多年後,牛頓決定出本科普書解釋他驚天地泣鬼神的萬有引力理論(月亮與蘋果一體適用,故名萬有),想出惹另一個天才比喻,或是說更具體的思想實驗:
▆ 牛頓的砲彈(Newton's cannonball)...... 出自《原理》第 6 頁。
我們一般人沒吃過砲彈也看過大砲走路 (x) 知道砲彈是怎麼一回事 (o)。從砲管飛出的砲彈,會開始受地球重力影響而往下掉,呈拋物線軌跡飛行直到著地。
牛頓請讀者想像在高山山頂有一具性能極佳的大砲,能用任意的高速射出砲彈。由日常經驗我們知道顯然是射速越快射程越遠。而當砲彈超快、極快、有夠快時,會發生有趣的情況:地球是圓的(人類自古希臘甚至更早就知道了),隨著砲彈橫著飛,地球的曲率開始起作用,使地面好像在加速向下遠離砲彈——高中物理課本會教你證明這個貌似存在的加速度的大小是 v^2 / R,其中 v 是速度,R 是曲率半徑,詳解略。
牛頓大神指出,當砲彈速度 v=√(gR) 大約是每秒八公里 (!) 時情況變得大有蹊蹺,儘管砲彈一直在自由落體,但地表也一直在遠離著它,這兩個加速度的量值相同方向相反,使得砲彈只要維持著該速度就永遠不會著地。
在物理上有兩種方式描述這現象——A、重力恰好提供物體繞地心圓周運動的向心力,或B、重力恰與離心力抵銷。兩者敘述彼此等價,只是觀點不同。
我們只要記得重點是國際太空站、月亮、人造衛星、喬治克隆尼和珊卓布拉克......全都像牛頓的砲彈一樣,憑藉著橫向的超高速度而能「一直自由落體,但永遠不會落地」,換言之就是:上軌道(in orbit)啦。
回到卡門,#男人不過是一種消遣的東西有什麼了不起......咳咳,錯頻惹,是我們的航空飛行/空氣動力學專家卡門先生。當年他在認真推敲的問題其實是:
▆ 「一個國家的領空該往上算到多高?」
身為飛行機專家,他知道飛機能維持飛行是靠機翼維持足夠的升力(Lift)以抵抗重力。飛機的升力和幾個因素有關:速度的平方,空氣的密度,還有機翼的面積。蠻直觀的,可以想像機翼是藉由把空氣向下推擠讓自己獲得反作用力向上升。
但不幸的是高空的大氣密度越來越稀薄(具體上是指數衰減—— 90% 空氣分子都聚集在離地表 20 公里內),為了提供足夠升力,飛機的巡航速度就需要越來越快,越來越快,直到某個海拔高度,速度值(呈指數增長)已高到金離譜,和牛頓的砲彈的 √(gR) 速度相差無幾。與其說那還是架飛機,不如說是自帶推進器的火箭。
總而言之,卡門線的初衷就是:「已不算是開飛機那樣靠空氣提供的升力飛行,而是像開外掛 (x) 火箭 (o) 是靠離心力遠離地表」的海拔高度。如果飛機算空軍,火箭算太空軍,卡門線就順理成章的代表太空的邊緣。
當年卡門得到的值差不多是海拔 62 英哩,100 公里的一個概略數字。但他的計算面臨到各式問題:地球的大氣密度其實隨著緯度、季節、溫度、甚至太陽黑子的活躍程度的影響而起起伏伏,不完全符合他簡化版計算中的條件。
因此隨著知識與技術的進步,有人大膽異議說「很可惜,卡門先生算錯了」並提出新的分界提案。例如,美國空軍傳統認定的太空邊界是 50 英哩 = 80 公里的高度。曾經有數種實驗性的「太空飛機」(混合傳統空氣動力學和火箭推進的飛機)突破那個高度,包括有名的X系列火箭飛機——「登月第一人」尼爾.阿姆斯壯便曾經做過 X-15 火箭飛機的試飛員,達到過太空的邊緣。而突破 80 公里的空軍飛行員一樣會獲得太空人的稱號。
大概是醬。科宅這番長篇大論,只希望大家記得一件 Take home message:上太空不只是往上爬一百公里那麼簡單而已。若只單單上拋一百公里,地球引力會立刻讓你像蘋果一樣落回地面。
上太空真正的重點是往橫向加速,只有飆超快,達到水平方向約每秒鐘八公里的東西(參考:國際太空站 = 7.66 km/s。哈伯望遠鏡 = 7.59 km/s)才會維持「牛頓的砲彈」的狀態,待在低地軌道上。
反之亦然,太空人要回到地面,也不是咕咚一聲往下跳就行。他們需要劇烈的減速,主要是利用大氣層的摩擦生熱,把太空和地表的每小時兩萬六千公里的速度差異給磨掉......速度的平方差和動能成正比,這份奢侈的速度需求也是上太空代價辣麼高昂的原因之一喔。
插圖:俄國航太總署的聯盟號(Soyuz)發射太空人和物資到國際太空站的示意圖,你看,關鍵是火箭橫向的推進,就像牛頓老大說的那樣。
音速每秒幾公里 在 新《番薯藤》國防軍事網 Facebook 的最讚貼文
蔡政府『國防自主』玩真的!
✅➡️中科院「光榮之星」頻出海 軍方:測試新型反艦飛彈
https://news.ltn.com.tw/news/politics/paper/1335060
✅蔡英文政府連年大幅提高國防預算,使中科院有十分充足資源可測試新型飛彈與載台,顯示『國防自主』玩真的!摘錄:『中科院委由龍德造船建造的小型艦艇「光榮之星」主要擔負海上測試用途儎台工作,在今年五月交船後,已頻繁出海執行任務。軍方官員表示「光榮之星」是為了測試中科院研發成熟的新型反艦飛彈。這款尚未定名的新飛彈,尺寸將比現役雄風二型飛彈小,但射程並不遜色,未來有機會供海軍使用,增加艦艇反艦火力。』
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✅其戰略意義,代表台灣的雄風反艦飛彈族系將填補雄一除役之後在「中短程」的缺口,新型反艦飛彈因為其尺寸比現役雄二更小,所以有更大佈署彈性:可輕易發展艦射型 / 機動岸射型 / 直升機與戰機使用的空射型!大幅提高反登陸戰力,試想如果台灣每個作戰區都佈署五十枚機動岸射型的新型反艦飛彈,中國還會敢發動兩棲登陸嗎?
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✅此前蔡英文總統在視導中科院系統製造中心時明確宣示:除了擴增人才外,中科院必須加速反艦飛彈及防空飛彈量產,就是要嚇阻中國使其不敢輕舉妄動。事實上台灣本就該採取嚇阻戰略!中國正每日拿1700枚飛彈武嚇台灣,台灣採取同樣方式「回敬」也只是剛好而已,勿忘「和平只有靠國防」要嚇阻中國使其不敢輕易啟戰,最有效方式就是強化攻擊性武力「以戰止戰」!
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✅在全力強化國防自主政策並且大幅提高國防研發預算之下,現階段台灣自行研製的各式飛彈、火箭系統都已展開提升計劃並迅速落實當中。由此可見政府支持與否,對國防發展影響重大!直接為大家標出一年來媒體報導的幾項精進提升重點:
➡️包括雄二E巡弋飛彈、萬劍彈以及雄二、雄三反艦飛彈都有增程研發計劃,而且都將在三年內可看到具體成果。
➡️代號「磐龍專案」雄三增程超音速反艦飛彈,速度可達3.2馬赫,飛行時間高達240秒,經換算射程已超過300公里。已陸續進行飛控與導控測試,可望在2020年完成研發後量產。
➡️萬劍彈部分據了解空軍規劃在量產的同時也委由中科院著手規劃從200公里增程到400公里。發展增程型萬劍彈。
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圖片來源:
國家中科院 www.ncsist.org.tw
中華民國總統府 https://www.president.gov.tw/