一根竹筷,以光速飛行,能不能擊穿厚度為1釐米的均質鋼板?

寧靜致遠——131


一根竹筷,以光速飛行,能不能擊穿厚度為1釐米的勻質鋼板?

將竹筷加速到光速是不可能的,當然要擊穿厚度為1釐米的均質鋼板也不需要光速,多少速度也許可以計算下!

一枚脫殼次口徑穿甲彈即可滿足咱的好奇心!上圖這些鋼板加起來即使沒有1M也有八十公分,可見當速度增加後,其動能是十分可觀的!

一、多大的能量可以擊穿1釐米鋼板?

咱就不來考慮鋼板的強度以及作用面積等關於衝量與動量的複雜計算了,我們來做個簡單的參考,因為大部分突擊步槍對於10MM的鋼板還是手到擒來的,比如著名的AK47,在90M範圍內穿過10MM均質鋼板跟玩一樣!

是不是很可怕,所以那些槍戰片中都是騙人的,拉開車門連對方的手槍子彈都擋不住,因為現代汽車的車門鋼板厚度不超過1MM,0.8MM甚至0.6MM或者更低,真的是一層薄薄的鐵皮,還有很大一部分是烤漆!所以真碰到這種事情,除了發動機艙對子彈的停止作用稍好以外,其他的統統都是演戲!左數第三是7.62MM北約彈,右數第三是7.62MM俄軍標準彈藥!

AK47的初速為710M,彈重為8g,子彈動能為:1980J!

7.62MM的彈藥,710M的初速,90M範圍內可以擊穿10MM的鋼板!
二、竹子製造的筷子能擊穿鋼板?

這就是一個問題了,畢竟筷子是竹子,而鋼板則明顯是鋼鐵,用來製造穿甲彈的材料是一個比一個硬,比如我們用的是鎢芯穿甲彈,而美軍則毫無人性的用貧鈾穿甲彈!

其實這是用材料的硬度與強度來彌補動能的不足,只要有足夠的能量,激光都能穿透鋼板,這就是能量將鋼材直接汽化了,當筷子的動能達到這個層次時,是木筷還是竹筷又或者是鎢芯筷又有啥關係呢?

一般一雙竹筷約有10g,一根竹筷大約有5g,那麼如果同樣的動能在出口處擊穿10MM鋼板的話,那麼竹筷只需要898M/S即可達到同樣的效果,如果還不行,那麼加速到1000M/S應該就問題不大了!此時有多大能量呢?

Ek=(mv^2)/2=2500J

不過在這個過程中,竹筷的動能是否能集中在尖端釋放是一個比較嚴重的問題,因為竹筷強度不足,儘管前端可能侵徹入鋼板,但後端爆裂造成能量損失,也許要將這個速度加大十倍才可能在竹筷結構崩潰以前儘可能卸載能量到鋼板上,但即使是10000M/S,比起加速到接近光速的能量,仍然九牛一毛而已!而且這個小目標努力下還是可以實現的!


星辰大海路上的種花家


一根筷子根本不需要以光速飛行就可以擊穿1釐米厚的勻質鋼板。

打穿任何物質其實依靠的最核心的內容是能量而並非材質。材質只是能夠最大限度的傳遞能量的載體。

以典型的M829穿甲彈來說,這是一枚利用貧鈾材料製成的反裝甲武器。

M829A2內部是一個4.6公斤重的穿透器(彈芯)。在發射後,這枚彈芯可以以每秒1675米的速度飛行。


這樣我們就可以計算一下這枚炮彈的動能了:

0.5* 4.6 * 1675 * 1675=6452937.5焦耳。也就是645萬焦耳。在這個動能下,可以在2000米的距離上正面打穿540mm厚的RHA(勻質鋼裝甲)。


如果一根22克的筷子要達到這M829彈芯的穿甲效能,那麼我們可以反著算一下。這樣就可以算出,如果離開炮口的速度可以達到7659.18米/秒的速度,那麼一根筷子就可以具備打穿540mm裝甲所需要的動能了。當然了,這個7659.18米/秒的速度這樣看起來不不直觀,W直接說下,這樣的速度在海平面飛行則是22.52馬赫!

已經接近了第一宇宙速度。


在這個速度下,任何20多克的物體打穿半米厚的勻質裝甲都不成問題。


看到這裡很多讀者或許會聯想到貧鈾彈、鎢鋼彈芯等問題上了,並且也會想到貧鈾彈的自銳效應什麼的。但要注意的一點是在這個速度等級上那些所謂的自銳、硬度什麼的都不是事。

在高速碰撞的案例內。關鍵還得看時間一個7659米/秒的高速運動物體,如果穿過540mm的勻質裝甲所經歷的時間大約是“萬分之0.7秒”,如果不能打穿這麼厚的裝甲則需要在遠小於萬分之0.7秒的時間內速度降低為0。這時有能量也有時間了,我們就可以計算功率了。

645萬焦耳 / 0.00007秒 = 91.52兆瓦的功率。


91兆瓦有多大?

上圖是秦山核電站的,10兆瓦高溫氣反應堆,輸出功率為10兆瓦。9個這樣的反應堆釋放的功率。當然反應堆是可以持續輸出高功率的,而筷子打裝甲僅僅是工作了不足萬分之一秒。


只不過目前我們還沒有技術在短短的炮管長度將一根筷子加速到22馬赫。

但要注意的是——天下武功唯快不破!

這裡有個小動圖:

經過空氣管道加速到580米左右的2.3克重乒乓球直接打穿球拍。雖然球拍沒有鋼板結實,但是提高速度打穿鋼板也不是什麼問題,更何況題主提到底筷子重量可比乒乓球還重10倍呢。


軍武數據庫


這個問題歸根結底,是關於一種較弱的材料,去撞擊另一種較強的材料。其撞擊的結果,除了取決於兩者的質量和速度外,還與材料本身的強度有關。下面,我從一個實例開始,詳細為大家分析一下。


1、一個實例

經常做飛機的同學不知道有沒有發現,機場附近從來沒有飛鳥的出現。之前一段時間無人機在機場附近出現,就已經讓機場如臨大敵。這究竟是什麼原因呢?除了無線電干擾外,另一個重要的原因就是怕撞。

飛機起飛後速度非常快,如果遇到飛鳥,兩者的相對速度非常大。飛鳥如果與飛機發生碰撞,鳥本身肯定死無葬身之地,飛機本身也會承受不住而被撞穿。如上圖。

2、材料的力學性質

竹筷和鋼板,其力學性質差的較遠。竹筷的彈性模量13GPa左右,極限抗壓強度高的可達300MPa左右,從這個角度看,竹子具有良好的力學性能。鋼板的彈性模量200GPa,塑性強度差不多也在300MPa左右。從抗壓強度角度,兩者比較接近。兩者互相擠壓,到底鹿死誰手,還未可知。

假設不是衝擊,利用設備將竹筷壓向鋼板,顯然竹筷首先會被壓壞。原因很顯然:

  1. 竹子的極限抗壓300MPa是竹子中比較厲害的存在,很多竹子本身達不到那麼大的抗壓極限。

  2. 鋼板的塑性強度300MPa僅僅是其失效應力,對於韌性的鋼板,靜態載荷根本無法壓壞鋼板,只會越壓越扁。

3、衝擊的力學性能

與靜態載荷不同,衝擊載荷下,材料的力學響應完全不同。通常,衝擊速度越快,材料越來不及響應,宏觀方面就表現為剛度增大(彈性模量變大),斷裂能變小(應力應變曲線圍成面積減小)。這就導致材料更加容易發生斷裂。如下圖。

4、竹筷撞擊鋼板

根據上述分析,我們可以給出一個定性的解釋了:竹筷根本不需要達到光速,照樣可以穿透鋼板。由於缺乏竹子的加載速率與應力應變的關係,無法給出準確的計算,下面給出一個定性的解釋。


  • 加載速度直接影響竹筷和鋼板的力學響應,都會使其剛度增加,斷裂能減小。但是對於竹子材料,其本身的剛度就小,加載速度變快造成的剛度增加影響有限,所以其斷裂能有所減小,但是變化不太大。反之,鋼板則在高速加載的情況下,更加偏剛易碎了。

  • 竹筷撞擊鋼板,對竹筷來說其受力是整個撞擊面(端面),對鋼板來說其受力是一個小小的面(可以認為是點)。這種情況下,鋼板與一個快速衝擊的集中力無多大差別,以點破面很容易。

5、總結

竹筷無需光速,就可以穿透鋼板。原因在於,力學性能與撞擊速度密切相關。


力學Nerd王小胖


在不考慮加速方式的情況下,一根竹筷如果能保持在亞光速(由於相對論限制,光速不可達到)狀態,那麼它擊穿厚度1釐米的鋼板將是輕而易舉的事情。

道理很簡單,因為那種速度下的竹筷,本身攜帶的動能釋放量是非常大的,甚至可以認為比人類所有核武器加在一塊的能量釋放還要大,而想要完成這一目標,只需要無限逼近光速即可。因為在狹義相對論中,物體的質量會隨著速度的增加而增大,並且在速度無限逼近光速的同時,質量將會接近於無窮大。


↓針穿玻璃↓

而質能方程E=mc^2告訴我們,物體的質量越大,其本身蘊含的能量就越大。並且在考慮相對論的情況下,物體的動能公式將不再是1/2mv^2,而是Mc^2-mc^2,其中M代表物體的動質量,也就是物體因速度增加而表現出的質量,m是靜質量,也就是速度為零時的質量(也就是牛頓力學中的質量)

所以說,一根速度無限逼近的光速的竹筷,其攜帶的能量是近乎於無窮的。所以說厚度一釐米的鋼板根本不在話下,甚至地球都擋不住。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


不知道樓主的思維空間是不是遠超宇宙呀?先不說竹筷能不穿透一釐米的鋼板,而是那每秒三十萬公里的光速,樓主能架馭得了這神操作嗎?到目前為止,世界上最高速度的飛行器和導彈的速度才是多少啊?遇之光速之比其不是小巫見大巫嗎?十分佩服樓主對速度空間的想思!


Luzhanxiao


在討論這個問題之前,不知道你是否瞭解過關於動質量的意思,大意是說,隨著物體運動速度越快,那麼它的動質量就會增加,或者說相對論質量就會增加,根據相對論,我們知道質量與能量是等價的,擁有多大的質量就代表擁有多高的能量。

當一個物體運動速度逼近光速時,它的動質量逼近於無窮大,而達到光速是不可能的事情,因為這需要無窮大的能量,無窮大在物理學中是無解的概念,即便你將整個可觀測宇宙都轉化為能量也不可能將竹筷加速至光速。

倘若將其加速至光速的99.999999.........9%,有的人說竹筷會被空氣阻力扯的稀碎,沒錯是這樣,但即便是如此,哪怕是竹筷被分解成一個個原子,以這種逼近於光速的速度撞擊,所釋放的能量不亞於一顆大伊萬。

倘若真的如題目所言,以光速飛行,別說是地球了,就算是盾牌座UY也得被瞬間摧毀,宇宙都可能迴歸到混沌狀態,何況小小的鋼板。

對此你有什麼看法呢?歡迎在下方留言探討。我是科幻船塢,感謝大家的閱讀與關注

本文圖片來自於網絡,侵刪


科學船塢


物體要擊穿厚度為1釐米的鋼板,這個本質上,我們需要側重的物體在攻擊鋼板時的速度以及質量,也就是所謂的動量,而不是去考慮攻擊的物體是什麼。

以800m/s的速度飛行的子彈擊穿一塊1cm的鋼板,其實這是輕而易舉的,那麼一根可頂三四顆子彈頭的質量的筷子呢?顯然這也是輕而易舉的。

很多人都知道超高水壓刀,這是一種將水壓提升至60000 PSI以上,然後從一個小孔中噴射出來的水槍刀,它可以利用具有超高動量的水對石頭、鋼板等硬質物體進行衝打,並實現切割。可能有人會說,高壓水槍刀是利用一種持續性的攻擊才能達到擊穿鋼板的效果,而子彈跟筷子要擊穿鋼板,那必須要是一次性的,就是一炮打響的那種。其實這說法是有道理的,但是一個明白的事實就是,高壓水槍在水噴出的速度有限的情況下,它在很短的時間內持續作用在一塊鋼板上就能將鋼板擊穿,那麼,一根長約20cm的竹筷在幾乎可以算得上無限大的速度,且也具有一定的持續作用於鋼板的時效的情況下,難道水能,筷子就不能嗎?


小民科


能不能擊穿鋼板,和筷子的方向有關。對這個大開腦洞的問題,必須大開腦洞地分析結果。

筷子是錐形的,一頭小,一頭大。如果大頭在前,就可以擊穿鋼板。考慮到鋼板的慣性,鋼板毫被戳了一個透明窟窿也“毫無感覺”。


如果小頭在前,就會直接把整塊鋼板擊碎。因為筷子和鋼板的接觸面是斜面,橫向作用力會沿著鋼板的平面撕裂鋼板。

筷子的小頭先進入鋼板,就像楔子插入縫隙中,縫隙在橫向作用力下被擴大。我們不需要分析這個橫向作用力有多大,就像練武的打不過修仙的,普通物質也扛不住高能物理,根本就不是一個數量級。如果鋼板沒有被擊碎,那就是筷子的速度還不夠快。


飛魚科普


假如說這個筷子無比堅硬吧,還有不管它是如何達到光速,那麼根據相對論,可以推出,在筷達到光速時,v=c,m=無限大,E=無限大,無限大的能量意味著什麼?質量守恆不存在了,這還不是重點,重點是,無限大的能量,擊穿鋼板,是輕而易舉的,不管是什麼鋼板,目前已知的任何物質都無法阻擋它,它甚至可以把銀河系所有的星球打個對穿,還有,因為速度太快,它前面的原子來不及躲開,撞在一起,就會發生裂變,也就是說,你會看到個巨大的光球,飛過來,把地球打個對穿………好啦好啦,無限大的能量是不可能的,所以v不可能=c,不要去想那些不切合實際的問題啦



littleshiyi


如果能夠以光速飛行,別說是竹筷了,就連是一塊豆腐都可以輕輕鬆鬆將一釐米厚的鋼板擊穿。

事實上,一個具有靜止質量的物體,它的速度永遠也不可能達到光速的,只能說是無限接近,而不可以逾越光速這個限制。為什麼一個光速飛行的竹筷就具有了這麼大的能量呢?其實這個好理解的,在初中物理我們就曾經學習過,當一個物體的速度越大的時候,它的動量就越大,當動量越大的時候,撞擊到某一個物體上的衝擊力度也就越大了。

而在接近光速的速度下飛行的竹筷,其速度足夠大的同時,它的質量也在發生顯著的變化,如果一個物體的速度為光速的99%的時候,那麼它的質量將會顯著增加,這個時候,它的質量就會是靜止狀態下質量的7倍之多,進一步增加速度的話,相對論質量將會呈現爆炸式增長,總而言之,當速度無限接近於光速的時候,其相對論質量也就趨近於無窮大,而根據動能定理可以知道,這個時候它本身具備的能量也是無窮大的,所以這多出來的能量,就需要外界能量的輸入,但是外界的能量總的來說是有限的,所以達到光速那是不可能的。


在我們的印象中,筷子跟鋼板比起來,那肯定是鋼板更硬,如果常規速度下鋼板和筷子硬碰硬的話,那麼鋼板可能完好無損,而筷子則是撞個粉碎,但是在高速狀態下,筷子和鋼板之間最有可能發生的狀態就是兩敗俱傷,筷子和鋼板那都得碎。我們可能聽說過高壓水槍吧,這個玩意就可以用來切割鋼板,在常規印象中,水是很柔軟的存在,那怎麼就有人想到了用水來切割鋼板呢?其實這還不是因為在高壓狀態下水出流的速度非常快,以至於鋼板受到了很大的衝擊力,所以就被完美切割了。


當一個筷子的速度五足以與光速匹敵的話,那麼它可能就不是一個筷子了,它所具有的能量,恐怕比地球上所有核彈所具有的能量的總和還要大上不知道多少倍,而在這種情況下,鋼板就不單單是被擊穿的問題了,恐怕鋼板在衝擊力的作用下可以直接融化了吧,其實竹筷的速度還完全用不著這麼大,接近光速飛行的物體,無論其靜止質量多麼小,相對論質量增加效應都會將它的質量增到無限大,而這種情況下,竹筷甚至可以輕鬆將地球擊穿。


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