Có Thể Bạn Nhảy Dù Bằng Chỉ Sử Dụng Nam Châm?

Nhảy dù đã tồn tại từ lâu. Những người nhảy từ đất của Vanuatu đã buộc những sợi dây quanh mắc cái chân của họ. Nhảy mô hình hiện đại đầu tiên với dây đàn hồi đã được thực hiện tại Bristol, Anh, vào năm 1979 bởi Oxford University Dangerous Sports Club. Ý tưởng, tất nhiên, là nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, dây sẽ căng và tạo lực đẩy ngược để giữ bạn không chạm vào mặt đất.

Nhưng đây là cách mới để thách thức số phận: Làm thế nào nếu bạn thay thế sợi dây đàn hồi bằng hai nam châm? Bạn có thể đặt một nam châm trên người nhảy với một nam châm khác trên mặt đất, được căn chỉnh sao cho cực của chúng đẩy lùi nhau. Khi người đó gần mặt đất, từ tính sẽ hy vọng nâng họ lên. Nhảy dù mà không cần dây đàn hồi!

Đó là cơ sở cho video về “nhảy dù không dây đầu tiên” này. Hãy để tôi rõ ràng: Đó là giả mạo. Nó thực sự là một quảng cáo của Ikea. ĐỪNG thử nghiệm điều này tại nhà. Đừng hồi tưởng đến việc thử nghiệm nó.

Được, nhưng ... liệu ý tưởng có thực sự hoạt động không? Chúng ta có thể sử dụng thử nghiệm và sai lầm để tìm ra. Tôi đề xuất chúng ta phân tích vật lý thay vào đó. Sẵn sàng chưa? Hãy bắt đầu.

Vật Lý Của Nhảy Dù

Trước hết, chúng ta cần phải rõ vì sao chạm vào mặt đất là điều tồi tệ. Vì vậy, đây là thỏa thuận. Tất cả đều xoay quanh gia tốc. Giả sử một người dại dột nhảy từ một mép cao 10 mét. Khi họ rơi, lực hấp dẫn hút xuống gây tăng tốc. Bỏ qua lực kháng không khí, điều này sẽ tạo ra một gia tốc là 9,8 m/s².

Bắt đầu từ yên tĩnh, điều này sẽ đưa tốc độ của họ lên 14 mét mỗi giây ngay trước khi va chạm. Bây giờ hãy nói rằng người nhảy dừng lại trên mặt đất qua một khoảng cách là 5 centimet. (Chắc chắn nó nhỏ hơn nhiều.) Điều này sẽ tạo ra một gia tốc dừng khoảng 1.960 m/s². Đó là 200 g's. Đó mới là vấn đề. Một con người chỉ có thể sống sót với một gia tốc khoảng 30 đến 40 g's.

Vậy là làm thế nào dây nhảy giải quyết vấn đề gia tốc? Khi dây căng ra, nó tạo ra một lực hướng lên trên người nhảy theo hướng mà mặt đất sẽ đẩy. Tuy nhiên, nó đẩy qua một khoảng cách rất lớn, nên tạo ra một gia tốc thấp hơn nhiều.

Dưới đây là một mô hình số học nhanh cho người nhảy dù bắt đầu từ độ cao 10 mét và chỉ chạm nhẹ vào mặt đất. (Theo liên kết để xem hoạt hình.) Tôi đã làm cho dây nhảy dài 5 mét, nên nó không bắt đầu căng ra cho đến sau đó. Điều này tạo ra đồ thị gia tốc sau đây:

Chú ý rằng nó có một gia tốc tối đa chỉ là 2 g's—dễ sống sót. Chìa khóa của cuộc nhảy dù này chính là tính chất giống như lò xo của dây nhảy. Đây, hãy cho tôi vẽ thêm một đồ thị nữa. Đây là cùng một cuộc nhảy dù, ngoại trừ tôi đang vẽ lực của lò xo theo vị trí dọc:

Đừng nhầm lẫn điều này với đồ thị lực so với thời gian. Trục hoành là vị trí dọc. Vì vậy, người nhảy thực sự bắt đầu ở phía bên phải đồ thị ở độ cao 10 mét. Khi sự rơi bắt đầu, đồ thị di chuyển theo hướng bên trái cho đến khi dây nhảy căng ra. Chú ý rằng có mối quan hệ tuyến tính giữa vị trí và lực của lò xo. Nếu bạn làm kép dây nhảy, bạn sẽ làm kép lực nó tạo ra. Mối quan hệ tuyến tính này làm cho lò xo (như dây nhảy) trở nên dễ làm việc trong vật lý. Điều này cũng có nghĩa là bạn có thể làm cho lò xo này hoạt động qua một khoảng cách lớn để làm chậm người nhảy xuống.

Tại sao nam châm không hoạt động

Bây giờ, nam châm thì sao? Vâng, nó tương tự như dây nhảy. Nếu người nhảy có nam châm với cực nam hướng xuống, hướng về một cực nam đặt trên mặt đất, sẽ lại có một lực đẩy lên khi hai nam châm này lại gần nhau. Nhưng với sự đẩy lên từ nam châm, lực này không tuyến tính theo khoảng cách như dây nhảy. Nó trông như thế nào?

Dưới đây là một thí nghiệm nhanh mà tôi thực hiện. Tôi đặt một chiếc xe trên một đường ray với hai nam châm—một được đặt trên một cấu trúc trên đường ray, còn một cái khác trên một cảm biến lực gắn trên chiếc xe. Sau đó, tôi đo cả vị trí của chiếc xe và lực từ nam châm. Lưu ý rằng tôi dời vị trí x (và gọi là xprime) để hai nam châm sẽ gặp nhau ở x = 0 mét. Dưới đây là kết quả tôi nhận được:

Bạn có thể thấy vấn đề. Khi nam châm cách xa một khoảng cách ngay cả là mức độ trung bình, lực đẩy lên gần như bằng không niutơn. Sau đó, khi chúng lại gần nhau, nó tăng lên nhanh chóng lên một lượng độ lớn cực kỳ cao. Trên thực tế, lực từ nam châm giữa hai nam châm không đơn giản để tính toán—nhưng rõ ràng không phải là một lực tốt cho một cuộc nhảy dù không dây. Loại lực từ nam châm này sẽ làm giảm tốc độ người nhảy trong một khoảng cách rất ngắn và gây ra một gia tốc cực kỳ cao. Bạn có thể tốt hơn nếu chạm xuống mặt đất.

Được rồi, hãy thử điều này dù sao. Đây là một thử nghiệm nhanh chóng. Tôi có một nam châm đang rơi xuống một nam châm khác (đẩy lên). Tôi đặt nam châm đang rơi vào một ống trong suốt để nó sẽ ở ngay đúng với nam châm cố định. (Vâng, đây là một vấn đề khác của nhảy dây từ nam châm.) Đây là hình ảnh của nó:

Bây giờ, sử dụng phân tích video, tôi có thể có đồ thị vị trí theo thời gian cho nam châm rơi xuống. Nó trông như thế này:

Tôi sẽ có một ước lượng rất đơn giản về gia tốc ở đáy. Ngay trước đáy chuyển động, nam châm đang di chuyển với tốc độ khoảng –1,9 m/s (dấu âm có nghĩa là xuống). Ngay sau sự đẩy lên, nam châm đang di chuyển lên với tốc độ khoảng 1,2 m/s. Sự thay đổi về vận tốc này xảy ra trong một khoảng thời gian là 0,025 giây. Bây giờ tôi có thể tính gia tốc trung bình:

Chỉ có 12,7 g, nhưng nam châm chỉ rơi từ một chiều cao khoảng 20 cm. Nếu bạn sử dụng điều này ở một chiều cao khởi đầu lớn hơn, nó sẽ là điều tồi tệ. Thực sự tồi tệ.

Nhưng đợi đã! Nó còn tồi tệ hơn nữa. Nam châm đẩy lên không chỉ đẩy lên. Nếu chúng không được xắp xếp hoàn hảo (và chúng không bao giờ), cũng có một mô-men xoắn trên cả hai nam châm. Ngay cả một mô-men xoắn nhẹ sẽ làm nam châm đang rơi quay, tạo ra một mô-men xoắn lớn hơn. Cuối cùng, nam châm đang rơi sẽ lật ngược, biến nam châm đẩy lên thành nam châm hút lẫn nhau. Chúc may mắn trong việc dừng sự rơi của bạn khi hai nam châm hút lẫn nhau.

Đây là lý do tôi để nam châm rơi trong một ống - nó ngăn nó quay. Oh, chắc chắn, chúng ta có thể thử sử dụng bốn nam châm trên cơ sở (như trong video giả mạo). Nó vẫn sẽ không hoạt động. Tin tôi điều này.

Nhiều Bài viết Tuyệt vời Khác Trên MYTOUR

• Chris Evans đến Washington
• Điều gì Atlanta có thể dạy cho ngành công nghiệp công nghệ về cách phát triển tài năng da đen
• Màn hình của tương lai có thể ở trong ống kính liên lạc của bạn
• Các nhà khoa học chống lại các chất hóa học "vĩnh viễn" độc hại
• Tất cả các cách mà Facebook theo dõi bạn—và cách hạn chế nó
• 👁 Lịch sử bí mật của công nghệ nhận diện khuôn mặt. Ngoài ra, tin tức mới nhất về trí tuệ nhân tạo
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Kiểm tra các lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho những chiếc vòng đeo sức khỏe, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất