3月19日,在新一代小米SU7发布会上,雷军在介绍产品时谈到,“两辆车都是60公里每小时,相对时速是120,就相当于你开120撞到墙上,这个碰撞能量是标准测试工况的1.44倍。”
这句话引发网友对车辆安全的热议,甚至评论“数学满分,物理全错”。
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雷军的本意是想强调新车的安全性,这句话看似正确,实则藏着经典物理直觉误区。
为什么碰撞中 60+60 ≠120?
物理学上来说,相同车型的两辆车以时速60km/h对撞,和一辆时速60km/h的车撞墙的碰撞能量是一样的,而一辆时速120km/h的车碰撞墙面的能量是前者的四倍。
这是为什么呢?第一,理想情况下的墙是刚性的,质量也是无穷大,而汽车是可以变形的,所以两辆完全相同的车会各自吸收掉自己的动能,总动能虽然是一辆车的两倍,但是分担到两辆车上,每辆车承受的能量还是相当于时速60km/h时的碰撞能量。
实际测试中,碰撞的是车而非墙
图源:微博@雷军
第二,从碰撞能量的计算公式可以知道,能量与速度的平方成正比。
如果是一辆车以120km/h的速度撞墙,受到的冲击将是前者的四倍。因此,关于这个口头上的误导,雷军也在微博第一时间更正,“确实说错了”。雷军在微博回应发布会上“确实说错了”
图源:微博@雷军
碰撞结束 ≠ 车辆静止
有读者可能会感到困惑,那如果换成一辆车以120km/h的速度撞击另一辆静止的车,总能量翻倍,那汽车受到的冲击会更大吗?
答案是并不会,因为根据动量守恒,最后两辆相同的车会以60km/h的速度一起向前运动,碰撞损失的能量是一样的。因此,碰撞受到的能量冲击确实只和相对速度有关,只是我们默认了碰撞之后都是静止状态,忽略了是一起匀速运动的情况。
如果要类比的话,一辆车与一面刚性墙各自以60km/h的速度相撞,最终刚性墙的运动状态不变,车变成反向的60km/h和墙一起运动,这种情况和开120km/h撞到墙上的效果确实是一样的。
所以,这其实是一个很典型的直觉误区,因为天然会认为,碰撞结束后会保持静止,而忽略了匀速直线运动的情况。
伽利略的理想斜面实验证明物体在不受力时可以做匀速直线运动
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几千年前亚里士多德也是这样认为的,因为现实生活中往往有摩擦力的存在,直到伽利略、牛顿等人通过实验推演补充了光滑平面上匀速直线运动的情况,物理学的大厦才得以逐步建立。
参考系的选择
这里其实还关联着另一个物理小知识点:参考系的选择。
我们习惯选用的参考系还都是惯性系,但其实还有一种参考系——非惯性系,这会导致更复杂的情况。
在宇宙学的研究中,人类在相当长的时间内都是以地球为中心计算的。但在宇宙中,地球并不是一个惯性系,因此带来了很多麻烦。直到“日心说”的提出,为当时很多问题提供了解答,毕竟太阳在太阳系里是一个很接近惯性系的参考系。但随着宇宙研究的深入,我们又发现太阳也远非宇宙中心。
哥白尼在《天体运行论》中提出“日心说”
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参考系选择的变化,反映了我们对宇宙探索的不断深入,看似简单的参考系选择,也许蕴含着非常丰富的物理学知识。
回到雷军发布会的话题上来,标准工况的车速是50km/h,小米的测试速度提高了20%,碰撞能量是标准测试工况的1.44倍,这句话倒是没有错。现实中也没有绝对刚性的墙,因此,60km/h的速度对撞可以避免“墙“的不同对测试的影响,最终结论也没有问题,大家也不必因此产生过分的担忧。
最后,雷总发布会上的一句口误,却能引发大家对于物理学的深入讨论,增加知识储备,其实也未尝不是一件好事呢!
作者:姜畅,中国科学院物理研究所博士
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