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研究人员为了证明出灭霸打不出响指,发了篇论文

祢文396

在漫威漫画电影《复仇者联盟:无限战争》中,灭霸收集了六颗无限宝石,并将其镶嵌在无限金属手套中。然后,他折断了手指,这给整个宇宙带来了毁灭性的打击。

但是.等等!

现在,佐治亚理工学院的一组研究人员告诉我们,无限金属手套可能只是防止灭霸折断这个手指。

早在公元前300年左右,古希腊艺术就描绘了掰手指的动作。但直到现在,我们才真正详细研究了掰手指的物理过程,确定了摩擦力在这个过程中是如何起关键作用的。

研究发现,一次手指抓拍需要的摩擦力适中,既不太高也不太低,会产生目前人体观测到的最大角加速度,甚至比职业棒球投手手臂旋转的加速度还要快。研究成果已于近日在《英国皇家学会学报:界面》发表。

在早期的研究中,研究团队开发了一个通用框架来解释在生物体中观察到的超强和超高速运动。

直到几年前,他们在电影里看到灭霸掰手指,然后他们有了一个问题:有没有可能用无限手套掰手指?

在他们看来,这一总体框架似乎自然适用于掰手指。它假设生物依靠一种类似“弹簧和闩锁”的机制来储存能量,然后迅速释放。然而,与此同时,与其他“弹簧和闩锁”系统相比,表面摩擦在掰手指时可能起着更重要的作用。由于金属手套的摩擦特性,他们认为灭霸是不可能的。

启动手指指向过程只需7毫秒,比真正的“眨眼”快20多倍。该团队利用高速成像、自动图像处理和动态力传感器,详细分析了各种掰手指动作。

在一个常见的徒手掰手指动作中,研究人员测量了最大转速为7800转/秒,旋转加速度为160万转/秒。

这个旋转速度的值小于人类观察到的最快旋转运动的测量值,这是由职业棒球运动员在投球时的手臂产生的。

但这个瞬时加速度是目前为止测量到的人体最快的角加速度,几乎是职业棒球投手手臂旋转加速度的3倍。

在实验中,研究小组还用不同的材料覆盖手指,探索摩擦的效果,包括使用金属项圈模拟戴金属手套时掰手指的效果。

当受试者的指尖被金属项圈覆盖时,最大旋转速度会急剧下降,这也印证了研究者的直觉。换句话说,因为有无限的金属手套,灭霸无法打响指。令人惊讶的是,用橡胶覆盖指尖并增加摩擦力也会降低速度和加速度。

除了实验,科学家还用数学模型来解释这些观察结果。增加了包含弹簧和插销的模型,配合软摩擦接触,既能再现手指的定性特征,又能强化摩擦在实现超快速运动中的核心作用。

该团队认为,金属项圈导致的速度降低是由于手指之间的接触面积减少。人体皮肤的压缩使系统更加容错。降低皮肤的可压缩性和摩擦力,会让手指更难产生足够的力,这样才能真正的打响指。

同时,研究人员得出结论,摩擦力必须在适当的范围内。如果摩擦力太小,储存的能量不够,就无法为掰手指提供动力。但是如果摩擦力太大,能量就会消散,因为手指会相互滑过更长的时间,储存的能量就会浪费成热量。

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  科学家认为,这项研究是一个很好的例子,说明我们可以通过巧妙的实验和富有洞察力的计算建模来学习各种现象。

  通过证明手指之间不同程度的摩擦会改变打响指的弹性性能,这项研究结果或许有一天会为模仿人类手的各种功能的假肢设计提供参考。

  同时,它也可以帮助我们了解自然中的其他动物,比如,白蚁和蚂蚁也可以利用颚做出类似的动作。这个原理或许也能应用到仿生工程系统中。

  总之,不用超级英雄,物理学已经拯救了世界!

  #创作团队:

  编译:Måka

  #参考来源:

  http://research.gatech.edu/oh-snap-record-breaking-motion-our-fingertips

  https://www.sciencenews.org/article/finger-snap-physics-new-high-speed-video-thanos

  https://royalsocietypublishing.org/rsif/doi/10.1098/rsif.2021.0672

  #图片来源:

  封面来源:《复仇者联盟3》剧照

  文首图来源:pixabay

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  不代表中科院物理所立场

  原标题:原来,灭霸打不出那个响指

  来源:原理

TAG: 灭霸 响指

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