假如把一個人放入每分鐘1500轉高速旋轉的容器裡,產生的離心力會把人怎麼樣?

路人甲_008


力學專業的來解答一下。實際上,

光說轉速是無法判斷離心力的大小的,它還需要容器的旋轉半徑。下面,我就稍微詳細地為大家解答一下。


1、高速旋轉容器內人體的受力

旋轉的物體我們一點都不陌生,生活中到處都是。比如我們的洗衣機,無論是滾筒式還是立式,都是依靠旋轉帶動水流,沖洗衣物。比如車輪,無論是自行車還是小轎車,雨天的時候都會把髒泥水甩出來

如果,把旋轉的物體放大,大到可以容納一個成年人。年初熱播大劇,開啟我國科幻電影元年的《流浪地球》中,領航者號就可以認為是這樣一個巨大的旋轉的容器。

在這巨大的容器內,裡面的物體跟隨著容易一起旋轉,從而產生離心力,在合適的轉速下,這個離心力等於我們在地球上的重力,這樣宇航員就不會感覺到不適。其受力圖非常簡單,如下圖。

當容器勻速旋轉時,裡面的物體(葫蘆娃)隨之產生一個法向加速度an,加速度方向指向圓心。根據達朗貝爾原理,會有一個“不存在”的慣性力產生,即離心力,方向背離圓心;此外,葫蘆娃還受到容器的支撐力,讓葫蘆娃保持力的“平衡”。

2、離心力的計算

根據牛頓第二定律,大小為F的力作用於質量m的物體上,會產生大小為a的加速度。法國科學家達朗貝爾更進一步,他把有加速度的運動物體看成是受到一個等效的力——慣性力。

人體隨著旋轉的容器一起運動,在法向和切向都會產生相應的加速度。假設是勻速旋轉,則只有法向。由此,產生出這個不存在的慣性力——離心力。其表達式與牛二定律類似,也是加速度乘質量。

由上式可見,法向加速度越大,離心力也就越大。法向加速度與角速度有關,因此,物體旋轉越塊,離心力也就越大。1500r/min會產生50pi(157rad/s)的角速度,法向加速度表達式如下,相同角速度下,加速度與半徑成正比。因此,轉速越快,容器越大,那麼產生的離心力才越大。

假設容器半徑1m,成年人體重75kg,那麼產生的離心力約1848kN,相當於188噸的物體的重力。

3、人體的極限加速度

在這裡,人體的極限用加速度橫量。正常情況下,人體受一個重力加速度的影響(1g)。我們開車的時候,有人喜歡這種推背感,就是加速度產生的,大概有1g左右。想要體驗2-3g的加速度,可以去嘗試過山車(下圖),有些人可能就會身體產生不適了。

如果加速度更大,5g的時候,人體已經開始啟動保護反應,失去知覺,暈了過去。不同的人體承受的加速度不太一樣,有些人坐過山車也能暈過去。飛行員,特別是航天員,他們經過訓練後,可以承受更大的加速度,大概是9-10g。

1954年,美國空軍有個人叫約翰•斯塔普,他承受住了46.2g的加速度,儘管他全身受傷,但是活了下來。上圖就是約翰•斯塔普做實驗的火箭,5s內接近音速,1.4s內完全靜止。由於這個驚人的加速度,約翰•斯塔普登上了美國的《時代週刊》封面。

4、多大半徑的容器才算安全?

通過上面的分析,我們知道加速度與半徑有關。在157rad/s的角速度下,究竟多大半徑可以保證人體無憂呢?我們以普通人3g為計算依據,半徑1.2mm才安全。即使以46.2g來計算,安全半徑也才18.4mm。這麼狹小的容器,成年人是無法進入的。這就意味著,只要轉速1500r/min,人類進去就是死。


在如此高速旋轉的容器內,人體內部不同力學性能的結構會相互擠壓,擠破、擠碎。

5、總結

轉速高達1500r/min的容器,只要人體能夠進入,那麼產生的加速度都遠超人體能承受的極限值,因此必死。但是,具體加速度的大小,還與容器的半徑有關,半徑越大,加速度越大。


力學Nerd王小胖


人體內的各種組織器官會瞬間破碎擠到一塊去,速度之快,時間之短,應該是一次無痛死亡。

每分鐘一千五百轉,相當於每秒25轉,假設一個人是依靠在容器內壁上,這樣一來在容器轉動時,內壁將會對人體產生巨大的作用力,因為轉速是定值,所以容器的半徑長度成了問題的關鍵。

咱們先從最柔和的情況說起:

假設這個人是站立在容器中心軸位置上,忽略手臂只考慮胸腹部的尺寸,按照半徑10釐米計算,那麼在胸腹部靠外的器官組織受到的加速度將會是重力加速度的250倍!毫無疑問,胸腹部裡的東西將會分為兩半,各個擠壓在胸腹部一側,前提是你的骨架還沒散的話。

如果放到一個大容器內呢?

比如說一個半徑為2米的容器,人站立在容器邊緣,依靠著內壁。簡單計算,人體將要承受的加速度高達5000倍重力加速度!結局可想而知

說到這反而讓我想起了龍珠,悟空第一次去納美剋星救悟飯他們,在乘坐的宇宙飛船進行超重力訓練,沒記錯的話,最高值不過100倍重力,而我們這容器可足足有5000倍呢

現實生活中,人體所能承受最高加速度頂多10倍重力加速度,這還是對於訓練有素的飛行員來說(而且持續時間還不能長),對於一般人來說,在這樣的環境下,早就昏厥或者直接離世了。

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賽先生科普


假如把一個人放入每分鐘1500轉高速旋轉的容器裡,產生的離心力會把人怎麼樣?

其實這缺少一個條件,這個桶的直徑或者半徑是多少,因為這直接關係到最終是死亡還是變成肉餅,當然這結果都差不多,但卻是殘忍和變態的區別!那麼直徑的大小都會有什麼區別呢?

這是光盤在2.3萬轉/分的轉速下四分五裂的視頻,當然這是比較極端的情況!一般人體無感或者還可接受的轉速為1.5-2rpm/min,3-5rpm/min的情況下會感覺頭暈,或者前庭器官不敏感的轉速可以再快一些,但基本不太可能超過10rpm/min,當然除了飛行員特殊訓練外!

但沒有人可以達到1rpm/s,更不可能達到25rpm/s,這是很多三相異步電機的標準轉速,這個速度即使是沒有帶任何負載的電機也許要2-3S之後才能達到這個轉速!或者我們來計算下,以人體大腦為軸心,手臂展開以1500rpm/min的轉速下,看看兩隻手會受到多大的力!

a=ω^2R=4π^2n^2R

R為1.5M,n為25rpm/s,那麼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個重力加速度,到3個已經非常了不起了,而戰鬥機飛行員也僅僅到7-8個,極少數能到10個左右,但只能在極短的時間內!這個1888倍是去見佛祖上帝的加速度!

那麼假如將這個直徑擴大到10M呢,我來算算看有多誇張!

R為5M,n為25rpm/s,那麼N=123370/9.8=12588.8倍!

是不是很誇張?所以直徑大小關係很大哦,也許就成肉餅了,所以這就是殘忍和變態的區別!

當然這種還是很好玩滴!


星辰大海路上的種花家


進去的時候是一坨,出來的時候是一灘。

轉速每分鐘1500轉,每秒就是25轉,即使在最小的距離上繞軸旋轉,受到的向心加速度也要比重力加速度大幾百倍。看過三體的人就知道了,人類飛船躲避水滴逃跑的時候就是這樣,只是不是旋轉加速,而是直線加速,結果怎麼樣呢?所有人瞬間摔到船體上,受到艙壁擠壓,全部變成一灘“二維”的血水。

其實這個不難理解,你坐車上轉彎的時候,就會明顯感覺到這種向心加速度,不停地把你往旁邊推,車身擋住你才不至於摔出去。由於人體不像鋼鐵強硬,而是柔軟的細胞堆積在一起,如果這種加速度特別大,所有的組織就都會向離心機的底部運動,最終會全部停靠在剛體上,然後就變成了“二維”平面。人的骨骸強度較大,估計能經受這麼大的加速度,所以最後就只剩一灘血和一個骨架。

但也不一定,如果離心機半徑較大的話,每分鐘1500轉的轉速也有可能將骨頭壓裂,碎成小塊,甚至成為齏粉,那就真的是碎裂成渣了。


徐德文科學頻道


看過一個工傷事故,工人被機器纏繞著轉動還沒有1500轉人就骨肉分離了


用戶6114041501365


此主要危害是過載問題,9個g就是人體所能承受的極限 過載(g),,飛行員承受的過載最大可達正負10g。 一個人平時承受的過載是一個g,一般人能承受2-3個g 一般戰鬥機飛行員能承受5-7個g,高的可承受9個g, 負的過載一般人只能承受-0.5g 一般飛行員也只能-1.5g 最多不能超過-3g,否則會引發腦血管破裂 危及人身安全。



由此可見受到嚴格訓練的飛行員能承受的極限過載不到10個g,即不到10倍自身重力的過載(無抗荷服)。假設有人拉著你的手原地轉圈,你重心與轉軸距離為1米,當你受到10g過載時,即w²r=100m/s²,而w=2pai·N,轉速N約等於1.6圈每秒×一分鐘(60′)等於96轉/每分鐘,因此人的最大極限承受是96轉/每分鐘,1500轉/每分鐘是其承受極限的15倍還多,所以說人會身體各部移位內臟及心腦血管爆裂而亡。


zhenyam


人不知道會怎樣,不好說。老式的雙桶洗衣機,甩幹桶的轉速不知道有多少,一千多應該有吧親自抓過一隻大老鼠,放入脫水桶玩了一會,拎出來後老鼠吐了一大片血在桶壁上,噁心,當然,它掛了


武夷山水之間


加速開始後,這些人全部被超重壓到停機坪上,從這時俯拍的影像中人們看到,在足球場大小的潔白廣場上,鮮紅的血花一朵朵地迸放開來,超重中的血攤成極薄的一層膜,擴散至很大的面積,最後這些血花都聯成一片。最為恐怖的是球形艙中的情形:在超重開始時,艙中所有的人都被滑擠到球形的底部,然後,超重的魔鬼之手把他們的身體像揉一堆溼泥人般揉成一團,沒有人來得及發出慘叫,只能聽到血液內臟被擠出和骨骼被壓碎的聲音,後來,這一堆骨肉被血淹沒了,超重快速沉澱了血液中的雜質,使其變得異常清澈,強大的重力使血泊的液麵像鏡面般平整和紋絲不動,像是固態,其中已經完全看不出形狀的一堆骨肉和內臟彷彿被封在晶瑩的紅寶石中。——摘自《三體》黑暗森林,這一段描寫應該最能展現你會看到的情形!


峰33362754


答:遠遠超出了人體的承受極限,體內器官會被嚴重擠壓甚至破裂,大腦直接壓成一堆“豆腐腦”。


旋轉的物體,會受到離心力的作用,離心力的本質是慣性力,就如你快速甩出去的拳頭,會讓手臂受到一個拉力一樣,當離心力大到一定程度,也會讓人四分五裂。

描述單位物質離心力大小的物理量是加速度,物體旋轉時的加速度,與轉速和旋轉半徑有關,旋轉加速度公式為:

a=ω^2R=4π^2n^2R;

其中轉速n=1500r/min=25r/s。

如果人體在容器中,繞著自身中心旋轉,肩寬0.25米,那麼雙肩處受到的加速度,將是重力加速度的600倍,大腦受到的加速度也有數百倍。


人體承受的加速度極限:

(1)一般的過山車,設計加速度不會超過1.5個重力加速度,就已經讓很多人大呼不已了;

(2)普通人承受5個重力加速時,就會產生頭暈、噁心等症狀;

(3)承受6個重力加速度時,就會失去知覺;

(4)特殊訓練的航天員,在短時間內能承受9~10個重力加速度;

(5)人體極端實驗中,美國人斯塔普創下人類承受最高加速度46.2G,同時身體也受到了嚴重的傷害;

正常人的大腦,大約重1.4公斤,在1500轉/分鐘的條件下,就算腦袋沿著身體幾何中心旋轉,加速度也高達幾百倍重力加速度,相當於大腦組織承受幾百斤的重量,基本可以壓碎成一灘“豆腐腦”,體內器官破裂,身體水分被甩出,數分鐘後就成一張乾屍。


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艾伯史密斯


知道前些年倆孩子鑽進甩洗衣機開啟了甩幹模式嗎?聽說過死亡過山車是啥原理嗎?


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