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?

路人甲_008


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。


1、高速旋转容器内人体的受力

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”。

2、离心力的计算

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。

3、人体的极限加速度

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。

4、多大半径的容器才算安全?

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。

5、总结

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。


力学Nerd王小胖


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。

咱们先从最柔和的情况说起:

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。

如果放到一个大容器内呢?

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。

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赛先生科普


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!


星辰大海路上的种花家


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。


徐德文科学频道


看过一个工伤事故,工人被机器缠绕着转动还没有1500转人就骨肉分离了


用户6114041501365


此主要危害是过载问题,9个g就是人体所能承受的极限 过载(g),,飞行员承受的过载最大可达正负10g。 一个人平时承受的过载是一个g,一般人能承受2-3个g 一般战斗机飞行员能承受5-7个g,高的可承受9个g, 负的过载一般人只能承受-0.5g 一般飞行员也只能-1.5g 最多不能超过-3g,否则会引发脑血管破裂 危及人身安全。



由此可见受到严格训练的飞行员能承受的极限过载不到10个g,即不到10倍自身重力的过载(无抗荷服)。假设有人拉着你的手原地转圈,你重心与转轴距离为1米,当你受到10g过载时,即w²r=100m/s²,而w=2pai·N,转速N约等于1.6圈每秒×一分钟(60′)等于96转/每分钟,因此人的最大极限承受是96转/每分钟,1500转/每分钟是其承受极限的15倍还多,所以说人会身体各部移位内脏及心脑血管爆裂而亡。


zhenyam


人不知道会怎样,不好说。老式的双桶洗衣机,甩干桶的转速不知道有多少,一千多应该有吧亲自抓过一只大老鼠,放入脱水桶玩了一会,拎出来后老鼠吐了一大片血在桶壁上,恶心,当然,它挂了


武夷山水之间


加速开始后,这些人全部被超重压到停机坪上,从这时俯拍的影像中人们看到,在足球场大小的洁白广场上,鲜红的血花一朵朵地迸放开来,超重中的血摊成极薄的一层膜,扩散至很大的面积,最后这些血花都联成一片。最为恐怖的是球形舱中的情形:在超重开始时,舱中所有的人都被滑挤到球形的底部,然后,超重的魔鬼之手把他们的身体像揉一堆湿泥人般揉成一团,没有人来得及发出惨叫,只能听到血液内脏被挤出和骨骼被压碎的声音,后来,这一堆骨肉被血淹没了,超重快速沉淀了血液中的杂质,使其变得异常清澈,强大的重力使血泊的液面像镜面般平整和纹丝不动,像是固态,其中已经完全看不出形状的一堆骨肉和内脏仿佛被封在晶莹的红宝石中。——摘自《三体》黑暗森林,这一段描写应该最能展现你会看到的情形!


峰33362754


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。

如果人体在容器中,绕着自身中心旋转,肩宽0.25米,那么双肩处受到的加速度,将是重力加速度的600倍,大脑受到的加速度也有数百倍。


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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艾伯史密斯


知道前些年俩孩子钻进甩洗衣机开启了甩干模式吗?听说过死亡过山车是啥原理吗?


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