力学专业的来解答一下。实际上,光说转速是无法判断离心力的大小的,它还需要容器的旋转半径。下面,我就稍微详细地为大家解答一下。
旋转的物体我们一点都不陌生,生活中到处都是。比如我们的洗衣机,无论是滚筒式还是立式,都是依靠旋转带动水流,冲洗衣物。比如车轮,无论是自行车还是小轿车,雨天的时候都会把脏泥水甩出来。
如果,把旋转的物体放大,大到可以容纳一个成年人。年初热播大剧,开启我国科幻电影元年的《流浪地球》中,领航者号就可以认为是这样一个巨大的旋转的容器。
在这巨大的容器内,里面的物体跟随着容易一起旋转,从而产生离心力,在合适的转速下,这个离心力等于我们在地球上的重力,这样宇航员就不会感觉到不适。其受力图非常简单,如下图。
当容器匀速旋转时,里面的物体(葫芦娃)随之产生一个法向加速度an,加速度方向指向圆心。根据达朗贝尔原理,会有一个“不存在”的惯性力产生,即离心力,方向背离圆心;此外,葫芦娃还受到容器的支撑力,让葫芦娃保持力的“平衡”。
根据牛顿第二定律,大小为F的力作用于质量m的物体上,会产生大小为a的加速度。法国科学家达朗贝尔更进一步,他把有加速度的运动物体看成是受到一个等效的力——惯性力。
人体随着旋转的容器一起运动,在法向和切向都会产生相应的加速度。假设是匀速旋转,则只有法向。由此,产生出这个不存在的惯性力——离心力。其表达式与牛二定律类似,也是加速度乘质量。
由上式可见,法向加速度越大,离心力也就越大。法向加速度与角速度有关,因此,物体旋转越块,离心力也就越大。1500r/min会产生50pi(157rad/s)的角速度,法向加速度表达式如下,相同角速度下,加速度与半径成正比。因此,转速越快,容器越大,那么产生的离心力才越大。
假设容器半径1m,成年人体重75kg,那么产生的离心力约1848kN,相当于188吨的物体的重力。
在这里,人体的极限用加速度横量。正常情况下,人体受一个重力加速度的影响(1g)。我们开车的时候,有人喜欢这种推背感,就是加速度产生的,大概有1g左右。想要体验2-3g的加速度,可以去尝试过山车(下图),有些人可能就会身体产生不适了。
如果加速度更大,5g的时候,人体已经开始启动保护反应,失去知觉,晕了过去。不同的人体承受的加速度不太一样,有些人坐过山车也能晕过去。飞行员,特别是航天员,他们经过训练后,可以承受更大的加速度,大概是9-10g。
1954年,美国空军有个人叫约翰•斯塔普,他承受住了46.2g的加速度,尽管他全身受伤,但是活了下来。上图就是约翰•斯塔普做实验的火箭,5s内接近音速,1.4s内完全静止。由于这个惊人的加速度,约翰•斯塔普登上了美国的《时代周刊》封面。
通过上面的分析,我们知道加速度与半径有关。在157rad/s的角速度下,究竟多大半径可以保证人体无忧呢?我们以普通人3g为计算依据,半径1.2mm才安全。即使以46.2g来计算,安全半径也才18.4mm。这么狭小的容器,成年人是无法进入的。这就意味着,只要转速1500r/min,人类进去就是死。
在如此高速旋转的容器内,人体内部不同力学性能的结构会相互挤压,挤破、挤碎。
转速高达1500r/min的容器,只要人体能够进入,那么产生的加速度都远超人体能承受的极限值,因此必死。但是,具体加速度的大小,还与容器的半径有关,半径越大,加速度越大。
人体内的各种组织器官会瞬间破碎挤到一块去,速度之快,时间之短,应该是一次无痛死亡。
每分钟一千五百转,相当于每秒25转,假设一个人是依靠在容器内壁上,这样一来在容器转动时,内壁将会对人体产生巨大的作用力,因为转速是定值,所以容器的半径长度成了问题的关键。
假设这个人是站立在容器中心轴位置上,忽略手臂只考虑胸腹部的尺寸,按照半径10厘米计算,那么在胸腹部靠外的器官组织受到的加速度将会是重力加速度的250倍!毫无疑问,胸腹部里的东西将会分为两半,各个挤压在胸腹部一侧,前提是你的骨架还没散的话。
比如说一个半径为2米的容器,人站立在容器边缘,依靠着内壁。简单计算,人体将要承受的加速度高达5000倍重力加速度!结局可想而知
说到这反而让我想起了龙珠,悟空第一次去纳美克星救悟饭他们,在乘坐的宇宙飞船进行超重力训练,没记错的话,最高值不过100倍重力,而我们这容器可足足有5000倍呢
现实生活中,人体所能承受最高加速度顶多10倍重力加速度,这还是对于训练有素的飞行员来说(而且持续时间还不能长),对于一般人来说,在这样的环境下,早就昏厥或者直接离世了。
假如把一个人放入每分钟1500转高速旋转的容器里,产生的离心力会把人怎么样?这个实验有点太残忍了。产生的效果肯定是可怕的。这个提问让起过去车间里的一件真实(绝非杜撰)事情。
.那时漂染厂,生产时断时续,管理不规范。小地方国营厂,工人们也没放假,照样来厂。
.当时现场有六台大型甩干机,厚铜板铆制甩干内筒,直径约有1米5。转筒转速可达3000转/分。这种工厂用的甩干机上部敞口,周圈是护筒,带停机制动手柄。
.当时有一个青工,闲着没事不知怎么抓来一只大猫,班上也没几个人,他恶作剧,把猫给放到甩干机内筒里了,等大家看到,他已经开机了,连一声猫叫都没听到,机器转了约有多半分钟(这个时间长短说不很清楚了,只能估了)这小子随手制动停机,再看那猫紧贴甩干机内筒外侧,闭着眼睛,一动不动,以为这猫肯定完了,谁知这猫真的命大,生命力太强了,拿出来后,站不稳,走路打晃,转圈,时间不长,就恢复好自己跑了。有人问那小子,你咋做这么个事,他说就想看看这个猫转晕了什么样子。肯定时间再长一点,这猫就完了。
动物比人耐力肯定要好,这么短的时间都瘫软迷糊了,把一个普通人放入每分钟1500转高速旋转的容器里,产生的离心力会把人怎么样?时间到一定程度,估计也会变成没有灵魂的物质吧。
假如把一个人放入每分钟1500转高速旋转的容器里,产生的离心力会把人怎么样?
其实这缺少一个条件,这个桶的直径或者半径是多少,因为这直接关系到最终是死亡还是变成肉饼,当然这结果都差不多,但却是残忍和变态的区别!那么直径的大小都会有什么区别呢?
这是光盘在2.3万转/分的转速下四分五裂的视频,当然这是比较极端的情况!一般人体无感或者还可接受的转速为1.5-2rpm/min,3-5rpm/min的情况下会感觉头晕,或者前庭器官不敏感的转速可以再快一些,但基本不太可能超过10rpm/min,当然除了飞行员特殊训练外!
但没有人可以达到1rpm/s,更不可能达到25rpm/s,这是很多三相异步电机的标准转速,这个速度即使是没有带任何负载的电机也许要2-3S之后才能达到这个转速!或者我们来计算下,以人体大脑为轴心,手臂展开以1500rpm/min的转速下,看看两只手会受到多大的力!
a=ω^2R=4π^2n^2R
R为1.5M,n为25rpm/s,那么N=18505.5/9.8=1888.3倍,差不多是重力加速度的1800多倍左右!
一般人能承受的也有1-2个重力加速度,到3个已经非常了不起了,而战斗机飞行员也仅仅到7-8个,极少数能到10个左右,但只能在极短的时间内!这个1888倍是去见佛祖上帝的加速度!
那么假如将这个直径扩大到10M呢,我来算算看有多夸张!
R为5M,n为25rpm/s,那么N=123370/9.8=12588.8倍!
是不是很夸张?所以直径大小关系很大哦,也许就成肉饼了,所以这就是残忍和变态的区别!
当然这种还是很好玩滴!
会死,小时候逮到老鼠,扔到双缸洗衣机的甩干桶里,甩干一分钟,开盖,老鼠已毙,神态安详。
进去的时候是一坨,出来的时候是一滩。
转速每分钟1500转,每秒就是25转,即使在最小的距离上绕轴旋转,受到的向心加速度也要比重力加速度大几百倍。看过三体的人就知道了,人类飞船躲避水滴逃跑的时候就是这样,只是不是旋转加速,而是直线加速,结果怎么样呢?所有人瞬间摔到船体上,受到舱壁挤压,全部变成一滩“二维”的血水。
其实这个不难理解,你坐车上转弯的时候,就会明显感觉到这种向心加速度,不停地把你往旁边推,车身挡住你才不至于摔出去。由于人体不像钢铁强硬,而是柔软的细胞堆积在一起,如果这种加速度特别大,所有的组织就都会向离心机的底部运动,最终会全部停靠在刚体上,然后就变成了“二维”平面。人的骨骸强度较大,估计能经受这么大的加速度,所以最后就只剩一滩血和一个骨架。
但也不一定,如果离心机半径较大的话,每分钟1500转的转速也有可能将骨头压裂,碎成小块,甚至成为齑粉,那就真的是碎裂成渣了。
答:远远超出了人体的承受极限,体内器官会被严重挤压甚至破裂,大脑直接压成一堆“豆腐脑”。
旋转的物体,会受到离心力的作用,离心力的本质是惯性力,就如你快速甩出去的拳头,会让手臂受到一个拉力一样,当离心力大到一定程度,也会让人四分五裂。
描述单位物质离心力大小的物理量是加速度,物体旋转时的加速度,与转速和旋转半径有关,旋转加速度公式为:
a=ω^2R=4π^2n^2R;
其中转速n=1500r/min=25r/s。
人体承受的加速度极限:
(1)一般的过山车,设计加速度不会超过1.5个重力加速度,就已经让很多人大呼不已了;
(2)普通人承受5个重力加速时,就会产生头晕、恶心等症状;
(3)承受6个重力加速度时,就会失去知觉;
(4)特殊训练的航天员,在短时间内能承受9~10个重力加速度;
(5)人体极端实验中,美国人斯塔普创下人类承受最高加速度46.2G,同时身体也受到了严重的伤害;
正常人的大脑,大约重1.4公斤,在1500转/分钟的条件下,就算脑袋沿着身体几何中心旋转,加速度也高达几百倍重力加速度,相当于大脑组织承受几百斤的重量,基本可以压碎成一滩“豆腐脑”,体内器官破裂,身体水分被甩出,数分钟后就成一张干尸。
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我觉得是去西天了
圆周运动向心力 F=Mω²r
向心加速度 a= ω²r
人体最大可承受加速度,应该是宇航员,一般8至10g。(g为地球重力加速度)
取最大人体可承受值10g=98,带入向心加速度公式,可得如此高速旋转的容器内,人体最大可承受加速度的半径为:r=98/2250000=0.0000436米
这个尺寸,
大约是人体最小细胞,淋巴细胞直径的7倍,大约是人体最大细胞卵细胞的20分之一。
换个角度,假设一个人站在容器中心,这样,容器转动时,他身体所需的向心力最小。
成年男人肩宽平均0.37米,这是圆周运动的直径,半径就是0.185米。
带入a= ω²r
可得a=1500*1500*0.185=416250
这是人体可承受最大值的42474倍。
综上所述,人在这样的环境下,就一个结果,死的渣都不剩了。
人在超高速离心壮态时会分解,粉碎然后形成薄薄的肉膜粘在滚桶四壁。
页面更新:2024-04-22
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