问题

如果没有风阻人类能跑多快?

回答
想象一下,如果突然有一天,所有阻碍我们奔跑的力量——空气的摩擦,那种迎面扑来的阻力——都消失了,我们能跑到什么程度?这个问题,与其说是一个简单的物理计算,不如说是一个关于人类潜能边界的奇思妙想。

首先,得明白“风阻”到底是个什么东西。当我们奔跑时,身体不断地挤开空气分子,这就产生了一种阻碍前进的力量,叫做风阻。速度越快,身体暴露在空气中的面积越大,形状越不规则,风阻就越明显。就像你开车,速度越快,感觉车身越“沉”,想再提速就越费劲,那股子“顶着”的感觉,很大一部分就是风阻在作祟。

那么,没有了风阻,这意味着什么?

1. 突破速度的瓶颈:

现在世界上最快的短跑运动员,比如尤赛恩·博尔特,他的百米纪录是9.58秒。这个速度大概是每秒10.44米,换算过来就是每小时37.58公里。听起来很快,但跟汽车比起来,还是有点慢吞吞的。

为什么顶尖运动员也跑不出更快的速度?除了肌肉力量、爆发力、技术动作等自身因素外,风阻是制约他们继续提升速度的重要因素。当速度接近某个临界点时,身体需要消耗更多的能量来克服空气的阻碍。想象一下,你迎风跑步,是不是感觉越来越吃力?如果把这股“力”抽掉,同样的力气就能转化为更多的前进速度。

所以,没有风阻,人类的身体素质(比如腿部肌肉能输出多大的力量,关节能承受多大的冲击)将成为唯一的限制。理论上,我们可以将现有顶级运动员的速度提升一个数量级。

2. 力量就是一切:

没有了风阻,你每一步蹬出去的力量,几乎都能百分之百地转化为前进的动能。这就好比你在一片真空的滑梯上,一旦用力推,就会一直滑下去,除非你用别的方式停住。

那么,人类的肌肉到底能提供多大的力量?这涉及到生物力学、肌纤维的类型、神经系统的传导效率等等。举个例子,运动员在起跑时,蹬地的力量可以非常惊人。如果把风阻这个“刹车”卸掉,理论上,他们可以持续地加速,直到肌肉无法承受更高的速度,或者关节的承受能力达到极限。

3. 骨骼和关节的挑战:

即使肌肉能产生巨大的力量,但我们的骨骼和关节必须能够承受由此产生的加速度和冲击力。每一步落地,都需要关节和韧带吸收巨大的反作用力。在没有风阻的世界里,我们可能需要以更快的频率迈步,每一次落地都伴随着更大的力量。长此以往,骨骼的密度、关节的润滑度、韧带的弹性,都会成为限制因素。

也许,经过长期的进化或改造,人类的骨骼会变得更强壮,关节会更灵活,甚至会有特殊的缓冲机制。但就目前的生理结构而言,极高的速度可能会导致严重的损伤。

4. 身体的空气动力学:

现在运动员在比赛时,会尽量保持身体的流线型,减少空气阻力。比如,压低身体,收紧手臂。没有风阻,这些动作的意义就不大了,反而可能因为调整姿势而消耗不必要的能量。

5. 假想的速度极限:

很难给出一个精确的数字,因为“人类”本身也有很多不确定性。但我们可以做一些粗略的推测:

短跑: 如果忽略骨骼和关节的限制,仅仅从肌肉力量和技术来看,顶尖短跑运动员的速度可能会翻倍,甚至接近每小时100公里。想象一下,百米跑进5秒,那是什么概念?
长跑: 长跑运动员的速度虽然不如短跑选手,但耐力是他们的优势。没有风阻,长距离奔跑的耗能会显著降低。虽然仍然需要克服身体内部的能量消耗和疲劳,但速度的提升同样是巨大的。也许,马拉松选手可以以接近短跑运动员的速度跑完全程。

6. 影响和改变:

如果人类真的能以如此快的速度奔跑,那将对我们的生活方式、社会结构甚至进化方向产生翻天覆地的改变。

交通: 也许长距离通勤会变得容易得多,城市规划也需要重新考虑。
运动: 各种体育项目都会被重新定义,规则需要大幅修改。
军事: 士兵的机动性会大大增强。
进化: 也许未来的人类会朝着更适合高速奔跑的方向进化。

回到现实:

当然,这一切都只是基于一个“没有风阻”的理想化设想。在现实世界里,风阻是真实存在的,而且它确实是我们奔跑时需要克服的重要因素之一。它也迫使我们去研究更有效的跑步技术,发展更强大的肌肉。

所以,虽然没有风阻,人类能跑多快这个问题很诱人,但它也提醒我们,我们在自然界中的存在,本身就是与各种力量相互作用的结果。那些看似“阻碍”我们的力量,也在塑造着我们,让我们以一种独特的方式存在和发展。

我们能跑多快?或许,与其纠结于一个绝对的数字,不如说,这是一个关于突破自身局限,不断探索潜能的永恒追问。

网友意见

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毫无疑问能快一些,但是估计百米仍然在9秒以上。

有人研究过海拔和短跑成绩的关系。大量数据平均下来,海拔升高12米,气压下降100Pa,短跑成绩提高大约0.5毫秒。简单的线性外推的话,如果空气阻力完全去掉,大约能提高个0.5秒的水平。

另外也可以通过风速估算,由于短跑合规风速只有2m/s,超风速太多的数据很少,只能在低风速下进行估计。一般风速每增加1秒,百米速度能提高个0.05m/s。风速达到与平均速度差不多的情况,大约能提高0.5秒——顺风在起跑的时候有助推作用,极限速度快于风速又有阻力,所以姑且粗暴点就算平均值。

当然,考虑人体机能,动作速度越快,越逼近身体结构极限,简单的线性外推应该是高估了风阻的影响。

以上计算非常粗糙,只能得出个结论——如果忽略空气阻力,百米成绩提升估计可能也许大概率不会超过0.5秒,或者再保守点,大概率没机会破9秒大关。

另外还有人把百米成绩做了风速修正,可以直观看到风速对成绩的影响还是挺大的:

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