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2015/05/11 08:09:46瀏覽5752|回應2|推薦31 | |
電影《星際效應》快結束時,男主角庫柏從昏迷中醒來,看到窗外一群小孩打棒球。當打者揮棒擊出高飛球,才發現身處在一個圓筒般的未來太空站“Cooper Station”裡: 這個Cooper Station是一種叫做「歐尼爾圓筒」(O’Neill cylinder)的太空站結構,利用圓筒的滾轉產生的離心力來產生人工重力。 問題來了:既然整個太空站在轉動,揮棒擊出的棒球會怎麼飛呢,真的會像電影裡面那樣,筆直地飛到圓筒的另一端,把人家屋頂上的窗戶打破嗎?在地球上的高飛球總是會掉下來,在太空站裡的高飛球會怎麼飛呢? 答案:電影錯了。嗯,《星際效應》的物理也可能是錯的。 動者恆動。根據牛頓力學,如果不考慮空氣阻力,棒球在太空站的空中飛行時沒有外力作用,它的慣性會讓它等速直線飛行——起碼對在太空站外靜止的人看是這樣的。但是太空站不斷轉動,因此裡面的人反而覺得棒球會轉彎,這叫做「科氏效應」(Coriolis effect)。下面影片裡面的轉盤上有一門炮,轉盤外面的人看到的炮彈是直線飛行,但是跟著轉盤轉動的人眼中的炮彈卻會轉彎,就是這個道理。 在旋轉的太空站裡傳球就像下面的影片,全是變化球。 因為男主角Cooper也跟著太空站轉,他眼中的棒球也不會是直線飛行。從電影裡面目測估算,Cooper Station圓筒的直徑約300公尺。若要產生地球的重力,每分鐘必須旋轉1.7圈,相當於圓筒以每秒54公尺的速度繞中心旋轉。如果棒球擊出的速度是每秒60公尺,那它飛行的軌跡應該會這樣大轉彎: 如果2100年的「星際杯」棒球大賽在旋轉的太空站裡舉行,地球代表隊的成績一定慘不忍睹:地主隊投手投出的每個球都是變化球,擊出的高飛球也是變化球... 離心力雖然可以做得很像重力,但是未來太空站裡的科氏效應卻會產生很多副作用。只要裡面的太空人轉個頭,就會被科氏效應弄的失去平衡。不要說《星際效應》沒有搞對,另一部科幻片的經典《2001太空漫遊》裡面的人工重力也有點問題: 如果這一位做運動的太空人跑的方向與滾動的方向保持一致,那感覺就會和地球上的重力一樣;但是當他跑偏一點、脖子扭一下、打左右勾拳,或是直拳方向太高或太低,都可能會產生科氏效應,讓他頭昏眼花。當然他可能在這裡住得太久,已經習慣了。 PS. 如果你是科幻迷,你可能會知道電視影集《Babylon 5》裡23世紀地球聯軍的太空站Babylon 5,或者是”硬科幻"泰斗Arthur C. Clarke的小說《與拉瑪相會》(Rendezvous with Rama)裡50公里長的巨型外星太空船Rama,都是歐尼爾圓筒的例子。 Arthur C. Clarke的《與拉瑪相會》裡面的插圖。(圖片來源:Rendezvous with Rama) 在科幻電影、小說裡面跟常看到的太空站是這種「史丹福環」(Stanford torus)。照片裡的是《2001太空漫遊》裡面的太空站。 相關文章: 延伸閱讀: 科氏力 :: 國立中央大學物理演示實驗 |
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