问题

如果需要吹起一头猪,这风口的风需要有多大?

回答
这个问题很有趣!要吹动一头猪,这风得有多大?这可不是个简单问题,里面门道不少。咱们得从猪的身体特性和风的原理说起,好好掰扯掰扯。

首先,咱得明白,猪虽然看着圆滚滚、肉呼呼的,但它也不是一块毫无抵抗力的豆腐。它有自己的重量,也有自己的重心,还有它那强壮的四条腿。这就像你想推倒一座小山,光靠一股劲可不行,还得看你用多大的力,怎么去推。

风有多大的“力”?

风的力量,咱们通常用“风速”来衡量。风速越大,风的冲击力就越强。这个力是怎么产生的呢?说白了,就是空气在快速移动,每时每刻都在撞击着它遇到的物体。空气分子越多,移动越快,撞击的次数和力度就越大。

一头猪有多“重”?

一头成年猪,体重从几十公斤到几百公斤都有可能。就算是一头不到一百公斤的小猪,也得有七八十公斤。这可不是一股小风就能轻易移动的重量。

要吹动猪,需要克服什么?

要让猪“飞”起来,或者至少是移动,风需要克服几个主要阻力:

1. 猪的重力: 这是最直接的阻力。风必须产生一个向上的力,大过猪的重力,才能让它离开地面。
2. 猪的惯性: 猪也有惯性,也就是说,它倾向于保持静止状态。风需要持续不断地施加力量,才能让它开始加速运动。
3. 猪的摩擦力: 猪的四条腿在地面上会产生摩擦力,尤其是在地面不那么光滑的情况下。风需要克服这个摩擦力,才能让猪滑动。
4. 猪的自身稳定性: 猪的四条腿虽然看起来有点笨拙,但也能在一定程度上保持身体的稳定。风要打破这种稳定性,让它倾倒或移动。
5. 猪的形状和受风面积: 猪的身体是圆润的,这会影响它受风的面积和风的施加方式。侧面吹可能会比正面吹效果更好,因为侧面能“抓住”更多的风。

风速和风压:关键的计算

我们常说的风力等级(例如蒲氏风级)和风速是密切相关的。风速越大,风的压强(也就是单位面积上承受的力)就越大。

要计算吹动一头猪需要多大的风,实际上涉及到复杂的空气动力学计算。这需要考虑:

猪的表面积(受风面积): 猪的身体不是一个简单的平面,而是有弧度的。我们需要估算猪的有效受风面积。
风的密度: 空气密度会影响风的冲击力,密度越大,力越大。
猪的形状系数(阻力系数): 不同的物体形状,受风的阻力也不同。一个光滑圆球和有棱角的箱子,即使面积一样,受风的力也不同。猪的形状介于两者之间,它虽然有圆润的曲线,但也有一定的粗糙度。
风的均匀性: 实际中的风很难是完全均匀的,会有涡流和湍流。

我们来做一个粗略的估算(脑补一下):

虽然精确计算需要专业软件,但我们可以参考一些已知的风力等级来感受一下。

10级大风(飓风): 风速约 24.528.4 米/秒 (89102 公里/小时)。这种风速已经非常强大,能拔起树木,摧毁房屋。
12级风(泰坦风): 风速大于 32.7 米/秒 (118 公里/小时)。这是最强的风力等级,破坏力巨大。

如果考虑将猪“吹”起来,让它离开地面:

这需要风产生的向上的升力(虽然通常我们谈论的是侧向的推力,但也可以理解为风从底部和侧面同时作用,产生一个抬升的效果)。理论上,风压作用在猪的下方和侧面,如果要让猪离地,这个力就必须大于猪的重力。

举个例子,假设一头猪重 100 公斤,它受到的重力是 $100 ext{ kg} imes 9.8 ext{ m/s}^2 = 980 ext{ N}$。

风压与风速的平方成正比。这是一个非常粗略的估算,假设猪的有效受风面积为 0.5 平方米(只是一个猜测),我们需要风产生的总推力或升力大于 980 牛顿。

要知道,10级大风的风压就足以让成年人难以站立,即使抓紧固定物也会被吹得东倒西歪。在这种风力下,猪很可能已经被吹得四脚朝天,甚至在地面上滑动。

至于让猪“飞”起来,那需要风力大到能产生足够大的升力,或者将猪掀翻,让它在空中滚动。这可能需要远超 10 级大风的风力。

想象一下: 10 级大风,风像鞭子一样抽打着猪的身体,地面上的尘土和石子都会被卷起。猪的耳朵会拍打着脸,毛发(如果它有的话)会飞扬。它会拼命地想站稳,但四条腿都在打滑。
11 级、12 级大风: 这已经不是“吹”了,这是“掀”!风会像巨手一样抓住猪,在地面上拖拽,甚至可能将它掀离地面,像个巨大的滚筒一样在空中翻滚。

所以,回到你的问题:

如果要“吹”起一头猪,让它移动,甚至离开地面,这风需要 非常大。

仅仅让它摇晃、难以站立: 10 级大风(约 2528 米/秒)可能就够呛了。
让它在地面上滑动,四脚朝天: 1011 级大风(约 2831.5 米/秒)可能会做到。
让它真正“飞”起来,即使是短暂的弹跳或翻滚: 我们可能需要 12 级以上 的风力,也就是 泰坦风 的级别,风速超过 30 米/秒。这种级别的风,已经是非常可怕的自然灾害了,能够轻易掀翻汽车,摧毁房屋。

当然,这一切都只是基于物理原理的推测。实际情况还会受到地形、风的性质(是持续的强风还是阵风)、猪的站姿和体重等多种因素的影响。但可以肯定的是,要让一头活生生的猪动起来,需要的是一股不容小觑、足以颠覆我们日常感官的力量!

网友意见

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前面大佬将猪视为球体估算了drag,但猪还是没有肥到那一步,而且drag只能把猪拖走,lift才能把猪吹起来啊。所以还是来模拟一下。毕竟有人珠玉在前:

今天牛也不吹了,专门来看你吹猪。

第一步,建模。建模又分三步,1.打开某CAD软件,2,画图,3.另存为。。。于是得到:

emmmmm........一开始我是拒绝的,这TM是什么鬼啊!?猪精?大黄猪?可达猪?变猪金刚?猪人加鲁鲁?还是…丞相核心科技木牛流猪?

算了不管了,毕竟十几分钟画的,一堆拉伸旋转,姑且认为是猪吧。

第二步,打开某CFD软件,导入猪精网格,画盒子,剪盒子,给盒子的每个面取一个温柔的名字,inlet,outlet,wall1,wall2,top,floor,还有猪精不能不要face,然后把猪杀了空留皮囊,然后生成区域,然后设置入口出口,猪精face和floor设置壁面,其他三面设置对称面。然后设置网格参数,生成网格,里面偷工减料了很多,很多都用的默认参数,反正算着玩,各位巨巨一笑了之啦。

于是得到:

我王精泽就算从这个盒子跳出去,死外边,也不会吃你们一口烤乳猪!。。。。哎真香!


前面大佬估算的drag等于猪的重力时风速124m/s(比高铁快一些),我们就按这个设置,看结果的drag拖曳力和lift升力能不能把猪吹走。

结果drag=2084 N, lift=1110 N,而此猪精的体积是295 L,密度按水算,可见猪精是飞不起来的,但也达到相同数量级了。静摩擦力未知,所以猪最好站着别动,动的话极有可能被吹跑。

但这里只考虑了升阻力,还有个很重要的因素力矩没有看。力矩会使猪翻滚,猪在原地是站不住的。所以猪在这么大的风中一定会被拖走,但不会稳定地飞起来。

然后考虑猪的不同攻角对升阻力的影响(姑且认为有攻角。。。)

我国汉代艺术杰作,国家旅游标志《猪踏飞燕》:

drag=2061 N,lift=1208 N. 拖曳力减小了一点,升力增大了一点,但还是不能飞起来。

体现我国唐代盛行娱乐活动、出土珍品《鎏金舞猪》:

drag=1931 N, lift= 1418 N,还是吹不起来,拖曳力减小是预料之中,但升力为啥增大这么多呢,可能是头部、肩部和emmmm屁股的贡献,毕竟不是规则的机翼形,升力来源复杂。

综上,与球体估计相比,猪的实际受力是偏小的,毕竟再粗壮跟球相比也有点流线型啊。所以并不是任何风口上猪一定会飞的。当前模型六百斤的猪要飞起来风速大约200m/ s,等于把猪挂飞机上了。猪的体重是长度三次方,受力是二次方,猪越小所需风速越小。

某经典影视作品介绍了一种方法,但这种方法升力作用点太靠前,恐怕难以配平:

如果猪精真想飞,恐怕只有emmmmm........

出现吧!鸭猪1号!

溜了溜了,快笑出猪叫了2333

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