問題:人類扔?xùn)|西的極限高度是多少?
人類擅長投擲。事實(shí)上,是非常擅長。除了人類,其他動(dòng)物都無法像我們這樣投擲物體。
黑猩猩倒是會(huì)扔自己的糞便(在極少數(shù)情況下,會(huì)扔石頭),但它們做不到像人類這樣精確地投擲。蟻蛉會(huì)扔沙子,但它們不會(huì)瞄準(zhǔn)。射水魚通過噴射水滴捕食昆蟲,不過它們用的是特殊的嘴而不是胳膊。角蜥會(huì)從眼睛里射出一股血,能長達(dá)1.5米。我不知道它們?yōu)槭裁催@樣做,因?yàn)闊o論何時(shí),只要我在文章中提到“它們從眼睛里射出一股血”,就會(huì)停在那兒一直盯著這句話,直到我不得不躺下來為止。
雖然其他動(dòng)物也可以拋擲物體,但我們是唯一能任意抓起隨機(jī)物體并且鎖定目標(biāo)的物種。事實(shí)上,我們確實(shí)很擅長投擲,有研究人員甚至認(rèn)為,投擲在現(xiàn)代人類大腦的進(jìn)化過程中扮演了舉足輕重的角色。
投擲很難。為了把球投給擊球手,投手扔出球時(shí)必須在一個(gè)恰好正確的位置松開球。在任一方向上,哪怕是半毫秒的時(shí)間誤差,也足以讓這個(gè)球錯(cuò)過好球帶。
換個(gè)方式說,最快的神經(jīng)刺激要穿過胳膊的長度,需要大約5毫秒。那就意味著,當(dāng)你的胳膊還在轉(zhuǎn)向正確位置時(shí),松開球的信號(hào)就已經(jīng)傳到你的手腕了。就時(shí)機(jī)而言,這就好像是鼓手從第十個(gè)故事落下鼓槌,在恰當(dāng)?shù)墓狞c(diǎn)上敲響鼓面。
相比于向后投擲,我們好像更擅長向前投擲。因?yàn)橄肴拥酶撸蚯巴稊S時(shí),投擲物的軌跡會(huì)向上彎曲;小時(shí)候玩的飛盤,經(jīng)常會(huì)卡在樹的頂端。但我們也可以用類似下圖所示的裝置來幫忙,這樣就能避開整個(gè)問題。
可以是一個(gè)跳板,或一個(gè)加了潤滑劑的陡斜坡,甚至是一個(gè)懸掛的吊索——任何在不增加也不減少物體速度的前提下改變它的運(yùn)動(dòng)方向、使它向上運(yùn)動(dòng)的裝置都可以一試。當(dāng)然,我們也可以試試下圖中的這個(gè)。
當(dāng)然,當(dāng)然,還是最初的那個(gè)導(dǎo)向裝置盒看起來更簡單。
我做了基本的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算,得出了以不同的初速度扔棒球能達(dá)到的高度。我將以長頸鹿作為測量高度的單位,投擲的高度極限用圖來表示。
棒球以外的其他投擲物是什么情況呢?顯然,借助工具的幫助,比如吊索、弓弩或是回力球上的那種裝置,我們能以更快的速度發(fā)射投擲物。但在這個(gè)問題中,我們還是假定以不借助工具的方式投擲吧。
棒球可能并不是最理想的投擲物,但選用其他物品的話,很難收集到速度數(shù)據(jù)。幸運(yùn)的是,一位名叫羅爾德·布萊德斯托克的英國標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員舉辦過一次隨機(jī)物品投擲大賽,在比賽中,從死魚到廚房水槽,他幾乎扔過所有東西。布萊德斯托克的實(shí)驗(yàn)給我們提供了許多有用的數(shù)據(jù)(和許多沒用的)。值得注意的是,這些數(shù)據(jù)顯示,有一種特別具有潛力的投擲物——高爾夫球。
專業(yè)運(yùn)動(dòng)員扔高爾夫球的記錄少之又少。幸運(yùn)的是,布萊德斯托克扔過高爾夫球,他聲稱投擲距離為170米(從投擲點(diǎn)到首次觸地點(diǎn))。這要考慮投之前的助跑,但即使如此,仍然有理由相信高爾夫球是比棒球更好的投擲物。這是有道理的,棒球投擲的局限在于從胳膊到手肘的扭矩,投擲更輕巧的高爾夫球能使胳膊轉(zhuǎn)動(dòng)得更快一些。
將棒球換成高爾夫球,速度的提升可能并不明顯,但似乎有理由相信,專業(yè)投手經(jīng)過一定時(shí)間的訓(xùn)練,能夠以更快的速度投出高爾夫球。因此,基于空氣動(dòng)力學(xué)的計(jì)算,阿羅魯?shù)纤埂げ槠章稊S高爾夫球,很可能會(huì)投出16個(gè)長頸鹿高度。
這大概就是人類投擲的極限高度了。
除非你用點(diǎn)兒……比如下圖中的這種小技巧,那么任何一個(gè)5歲小女孩都能輕松打破這個(gè)紀(jì)錄。