【為什麼我們要挑這本書:《誰說不能從武俠學物理?》】

這是一本科普書,一本談物理科學的科普書。但和其他科普書不同的是,是以物理公式解析武林神功、用江湖世界來演繹物理定律。

例如,從物理學來看,為何歐陽鋒從雪山跳下摔不死呢?(責任編輯:黃靖軒)

《射鵰英雄傳》第三十七回,歐陽鋒被黃蓉設計騙上一座雪山,隨即撤掉上山時搭設的羊梯。那座雪山高聳入雲,極陡、極滑,再高明的壁虎遊牆功也無濟於事,歐陽鋒困在峰頂下不來了。到了第四天,天空又飄下鵝毛大雪,黃蓉與郭靖都以為歐陽鋒必定會凍餓而死,哪知道歐陽鋒突然從峰頂跳了下來:

只見他並非筆直下墮,身子在空中飄飄蕩蕩,就似風箏一般。靖、蓉二人驚詫萬分,心想從這千丈高峰落下,不跌到粉身碎骨才怪,可是他下降之勢怎的如此緩慢,難道老毒物當真還會妖法不成?片刻之間,歐陽鋒又落下一程,二人這才看清,只見他全身赤裸,頭頂縛著兩個大圓球一般之物。黃蓉心念一轉,已明其理,連叫:「可惜!」

一丈等於三公尺,千丈高的雪山距地面足有三千公尺。如果歐陽鋒在重力吸引下做自由落體運動,落地速度必然很大。有多大呢?算一算就知道了。

根據自由落體運動公式,物體落地時的末速度等於重力加速度與下落時間的乘積,而下落時間則等於兩倍的下落距離除以重力加速度然後再開平方。重力加速度取九.八公尺每秒平方,下落距離是三千公尺,求出下落時間為二十四.七秒,進而求出落地末速度為每秒二百四十二公尺。

這個速度基本接近奧運會上十公尺空氣步槍射出的子彈,比用諸葛連弩發射出的鐵箭都要快。如果歐陽鋒照此速度落地,一定會將凍得鐵硬的地面砸出一個深達數公尺的大洞,他的身體也一定會摔得四分五裂,只能用洛陽鏟和吸塵器來收屍。

不過地球上任何一種物體的下落都不會是純粹的自由落體,因為地球上有空氣,而空氣有阻力。當物體的下落速度愈來愈快時,空氣對它的阻力也會愈來愈大,只要下落的距離足夠長,最終阻力總會與重力持平,將自由落體的加速運動變成一種勻速運動。換句話說,物體從高空下落時的速度不會無限增加,總會有一個極限,一旦達到這個極限,速度就恆定了。

有些讀者朋友玩過高空跳傘,穿著防護設備從五、六千公尺的高空躍下,剛開始並不需要打開降落傘。下落速度愈來愈快,愈來愈快,但由於空氣阻力不斷與地心引力抵銷,下落的加速度會愈來愈小。大約經過二十秒左右的時間,加速度歸零,人體勻速下落。不要太緊張的話,將會感受到來自空氣的浮力自下而上托著你,有一種腳踩祥雲、白日飛升的翱翔感。

空氣浮力也屬於電磁力。根據流體力學中的空氣阻力計算公式,歐陽鋒跳下後受到的浮力等於空氣密度、風阻係數、迎風面積、下落速度的平方等四個物理量的乘積再除以二。再根據高空跳傘的經驗資料,沒有打開降落傘時的風阻係數取○.八三,空氣密度取一.一,迎風面積取○.三平方公尺,下落速度取八十公尺/秒,此時歐陽鋒受到的浮力約為八百八十牛頓,基本上可以抵銷地球對他的引力,使他可以按照八十公尺/秒左右的速度勻速下落,而不會繼續加速。

八十公尺/秒也是一個驚人的速度,歐陽鋒落地還是會摔成肉餡。怎樣做才能逃過這一劫呢?歐陽鋒的聰明才智派上了用場:他在雪山上脫得一絲不掛,用上衣和褲子做了一個簡易的降落傘,增大了風阻係數和迎風面積,進而增大了空氣浮力。

歐陽鋒的簡易降落傘當然無法和專業降落傘相比,其迎風面積最大不超過一平方公尺,風阻係數最大不超過一.二(專業降落傘的風阻係數可達到二.五以上),空氣浮力大約是自由下落時的五倍,最後將以十六公尺/秒的速度砸向地面,相當於被一列加速以後的超級動車迎頭撞擊,依然難逃一死。

那麼歐陽鋒摔死沒有呢?當然沒有。

只見他在半空腰間一挺,撲向城頭的一面大旗。此時西北風正厲,將那大旗自西至東張得筆挺。歐陽鋒左手前探,已抓住了旗角,就這麼稍一借力,那大旗已中裂為二。歐陽鋒一個筋斗,雙腳勾住旗杆,直滑下來,消失在城牆之後。

歐陽鋒之所以沒死,一是在落地前借助了大旗的彈力,來了一個小小的緩衝,二是因為他身處武俠世界,用絕頂輕功創造出低重力環境。減小了重力加速度,再加上簡易降落傘帶來的浮力,使他得以低速著陸。

( 本文書摘內容、圖片出自《誰說不能從武俠學物理?》由 時報出版 授權轉載,並同意 BuzzOrange 編寫導讀與修訂標題。)