Cybertruck 发布会砸玻璃翻车现场硬核解析 —— 这完全就是道高中物理「送分」题

Cybertruck 发布会砸玻璃翻车现场硬核解析 —— 这完全就是道高中物理「送分」题

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从某个角度来说,老马应该是深得乔布斯做发布会的真传。咣咣抡大锤直接砸自家产品和友商产品进行对比的戏剧效果,一点都不比当年从档案袋里抽出来一台 MacBook Air 的效果差。

只可惜在后面的「特斯拉定制防爆玻璃」的演示上,特斯拉首席设计师 Franz von Holzhausen 用两个钢球,直接给 Cybertruck 来了个 Double Kill。

第一块玻璃砸碎的时候,老马问 Franz,是不是你使劲太大了?于是 Franz 找了个更近的距离,减小力度继续砸。

然而第二款一样碎了,场面一路令人极为尴尬,喊多少句理解万岁都拯救不了老马和 Franz 当时的苦笑。

于是马斯克也只能硬着头皮,开完了全世界有史以来第一场碎玻璃展车的发布会。

按理来说,一个是 CEO,一个是 Cybertruck 首席设计师,能不能砸碎,心里还没点 X 数吗?

其实是有的。

按照老马后面发布的视频,其实他们在发布会前就进行了测试,Franz 在更远距离扔球,但玻璃却并没有碎。

于是就有声音认为,这是老马这样的营销鬼才「故意为之」,不仅能在全网收割一波流量,还直接打了个免费广告。

但是有人并不这么相信。比如,来自美国路易斯安那东南大学的物理学副教授 Rhett Allain,就尝试用物理学的角度,来解释为什么发布会上的两块玻璃会这么脆弱。

啥?怕看不懂?别担心,这个问题只需要用到高中物理就足够了。

为什么从高处砸下来不会碎?

想要知道这个问题,我们只需要一个量:下落高度。因为根据伽利略自由落体实验,物体下落的速度和时间,与物体自身重量无关。

这个实验也就是小时候我们经常在科普书上看过,著名的「两个铁球同时落下」实验。

但由于发布会上对于下落高度没有说明,因此我们只能另辟蹊径,比如时间。根据重力加速度公式可以得知,只要有了金属球的初速度、重力加速度和下落时间,我们就能计算出金属球下落的高度(也就是物体移动距离,忽略空气阻力前提下)。

显然,助手在扔下金属球前,初速度为 0,重力加速度 g 取 9.8m/s。而下落的时间,就需要用列文虎克版的细致观察,对视频画面进行逐帧分析。

但 Rhett Allain 表示,由于在最高的高度下落时,画面进行了切换,因此不能确定准确的时间。好在,另一个金属球下落的镜头是完整的,因此我们就得到了时间的大致数据 —— 0.267 秒。

代入公式计算可以得出,这段距离约为 0.35 米。

刚好,这段距离和旁边梯子上两个踏板的间距差不多。而最高一次的掉落是站在第十级台阶上的,因此我们可以粗略取 3.5 米的高度。

那么,为什么金属球从 3.5 米左右的高度砸下来,Cybertruck 的玻璃没有碎?这就需要涉及到一个动量的问题。

但由于求动量需要知道金属球的重量,因此我们只能假设。在这里,Rhett Allain 教授假设这个金属球的直径为 3 英寸左右(棒球大小),重量约为 1.9kg。

另外,我们还需要知道金属球的速度。当然这个好办,我们直接代入初速度为零的自由落体运动的速度和位移关系公式计算就可以:

由此可以算出,金属球在撞击玻璃板瞬间的速度,约为 8.3m/s。再代入到动量公式计算:

可以得出金属球撞击玻璃板瞬间的动量为 15.7kg・m/s。

由此还能算出动能 K,约为 65.45J。

由此我们就得到了几个数据:金属球的最高下降高度约为 3.5m,撞击玻璃板瞬间的速度约为 8.3m/s,动量为 15.7kg・m/s,动能为 65.45J。

这是什么意思呢?也就是说,Cybertruck 的玻璃,应当完全能承受住重量 1.9kg 的金属球以 15.7kg・m/s 的动量下的撞击。

为啥 Franz 翻车了?

这当然不是 Franz 力大无穷。但想知道这个问题,我们还是需要一些「科学的假设」。

  • Franz 扔球从静止到到撞向玻璃时,移动了大约 1 米的距离;
  • 通过逐帧分析,金属球的运动时间约为 0.27 秒;
  • 球的加速度不变。

因为我们假设加速度不变,从 Franz 扔出的金属球到砸碎玻璃停下这段时间的平均速度,就等于初速度和撞击时的速度之和除以 2,同时也等于金属球所飞过的总长度,除以金属球从 Franz 手中离开到砸碎玻璃停下这段时间。

于是,我们就大致得出了 Franz 扔出的金属球在砸向 Cybertruck 玻璃时的速度 —— 7.4m/s,再带入到动量计算公式,算出动量为 14.1 kg・m/s,小于从 3.5 米高度垂直下落测试中的动量数据 15.7kg・m/s,因此按理来说,玻璃不会被砸碎。

那么问题出在哪?

Rhett Allain 教授给出了一个可能性猜测:与玻璃的安装方式有关。

在金属球垂直下落的演示中,玻璃板用一些夹具固定,而这些夹具并非是完全将玻璃卡死的 —— 这也就意味着,玻璃板在受到撞击时,能有相对较大的变形和位移空间,而这些细微的空间吸收了一些撞击时的动能,因此玻璃没有碎。

但在 Franz 的「翻车现场」,玻璃被死死地卡在 Cybertruck 上,基本没有位移空间,金属球撞击的动能几乎全部被释放在玻璃上,于是玻璃就碎了。

我们还可以计算一下玻璃所做的功。假设在金属球垂直下落的过程中,玻璃被撞击时移动了 1 厘米,而「翻车」时玻璃只移动了 2 毫米,那么根据公式根据物体做功的计算公式,就可以得出玻璃所做的功 W。

Rhett Allain 教授称,根据算出来的结果,在撞击速度、动能变化都大致相同的情况下,Cybertruck 上的玻璃所承受的力,相当于 5 倍于金属球垂直下落演示时玻璃承受的力。

而且从马斯克在后来发布的视频来看,Franz 在砸玻璃时,玻璃板的移动幅度确实会比发布会上的大许多,有一个明显回凹的过程。

所以,玻璃就这么碎了。

你碎你的玻璃,我下我的订单

尽管玻璃被砸碎,却不影响 Cybertruck 的酷炫和爆表的参数。

后来还有不少人指出,防弹玻璃本身就是防穿透而不防砸碎。另外也有人说,还有可能是发布前,这台 Cybertruck 已经进行了一轮测试,车窗玻璃已经挨了几次砸,刚好在发布会上前最后一次就到了临界点。

但就算碎了能怎样?用户们「真香」就完事了。何况,更是有 41% 的客户选择了三电机全轮驱动版本呢。

Rhett Allain 原文链接:https://www.wired.com/story/a-physics-analysis-of-teslas-shattered-cybertruck-windows/

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