【本文来自《雷军称两辆车以60速度对撞相当于120速度撞墙,如何看待他的这句表述?》评论区,标题为小编添加】
哈,我刚好遇到过这个问题。
事情是这样子的:我儿子刚上高中的时候,刚发下新的物理教科书,他翻书时产生了一个疑问——两辆汽车各自以V的速度相向对撞,和一辆汽车以2V的速度撞墙,这两种情况下的动能不一样,后者的动能是前者两车之和的两倍。
他觉得两车对撞的相对速度也是2V,想不通为什么动能会差两倍,就去物理教研室问了一位物理老师,结果把那位老师也给问蒙了,没能给出解答。
回家后他跟我讲了这件事,我到单位就找了不少朋友集思广益。最后是我办公室对门、单位教育科的一位哥们最先想通:关键是参照系的问题!如果在同一个参照系下分析,就会发现,以2V速度撞墙的情况,撞击力度要比两车以V速度对撞的情况大得多。
- -两车对撞:是两辆车互相看对方时,觉得对方以2V的速度冲过来,但在地面视角里,每辆车实际只以V的速度运动,碰撞后两车同时静止,相当于每辆车只抵消自己的那一份动能,能量被两车平分。
-- 单车撞墙:是从地面看,车以2V的速度冲向完全不动的墙,碰撞后车瞬间静止,没有任何物体帮它分摊能量,所有的撞击力都集中在这一辆车上。
想不到雷军大学霸也能在这翻车😷
这个问题大部分人都搞不懂是正常的,因为已经超出了高中物理的学习范畴。少部分人是懂的,但是解释的不清楚。
给你们一个清晰易懂的解释吧:
首先讲一讲为什么大部分人搞不懂吧,因为非物理专业的人最多只有高中物理的水平,而高中物理关于机械运动的知识只限于了刚体运动的范畴。分析汽车碰撞,刚体运动的知识是不够的。而这,也正是雷军出错的部分,如果碰撞的两辆汽车结构刚性足够高,高到没有任何结构损坏只有弹性变形,那么雷军举出的两个例子确实是等效的。
我知道看到这里,有人不服了。因为他们一算动能,两辆60码的车的动能之和,与一辆静止加一辆120码的车的动能是不一样的(这个动能公式很简单,我就不放在这里了)。理解这个问题,就需要坐标系的知识,任何一个封闭体系内部的相互作用的力学分析结果是与坐标系的选择无关的,但是这个封闭体系的总能量是与坐标系的选择有关的。这句话如果看不懂,我可以说的更具体一点。两辆60码的车相向而行,这是案例a,一辆静止的车加一辆120码的车这是案例b,当然,案例a和案例b中的车必须是完全一样的,否则也没有讨论价值了。案例a和案例b是什么关系呢?他们既可以看作是同一坐标系中完全不同的案例,也可以看作是不同坐标系中完全相同的案例。在同一坐标系下,这两个案例的总动能是不同的。在不同的坐标系一下,这两个案例是可以完全相同的,在所有方面都相同,当然也包括总动能。
我知道没学过大学物理的人,看到这里就懵了,坐标系是可以主观选择的,那岂不是动能也是可以主观决定的。物理值难道都是主观的吗?这里的误区在哪里呢?这不是一个主观与客观的差异的问题,是绝对与相对的差异的问题。
你静静的坐在这里,你觉得自己一动不动,可是假设有人坐在月球上看你,你动得飞快。明白了吗?动能本来就是一个相对的概念。
案例a和案例b在同一坐标系下的确总动能不一样,但是总动能并不能单独决定碰撞的后果。相反,由于这两个案例可以通过选择不同的坐标系变得完全相同,因此他们的碰撞结果是完全相同的。
在这里我要强调一点,这个所谓的碰撞结果完全相同是有条件的,也就是所有参与碰撞的物体仅限于这两辆车,而且我们考虑的碰撞后果的对象也仅仅只是这两辆车,车中的人受到的伤害的对比是不包括在内的。
那么雷军错在哪里呢?错在两个地方。
第一 小米的测试可以看成是案例a,但是标准的碰撞测试是车撞墙,所以不是案例b。案例b中那个静止的是车,而正常的国标安全测试,那个静止的东西是墙,墙是不会移动的,所以汽车碰撞的对象实际是地球。小米测试是车和车的碰撞,国标安全测试是车和地球的碰撞,碰撞实验是不等效的。
第二 实际碰撞测试中,不论是车撞车还是车撞墙,都不是刚体运动,墙是不会溃缩的也就不会吸能。所以标准安全测试,和小米的这种测试也是不能直接等价的。