第290話:人體的哪個部位、做哪個動作的時候,速度最快呢?

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2021-11-21
|閱讀時間 ‧ 約 5 分鐘
如果你的回答是「眨眼」,那就錯了,隨然文學上的確是以「一眨眼」、「一瞬間」來形容速度很快或是時間很短暫…
答案是手指。
喂,想到奇怪的方面的人,自己去牆角罰站。
除了「一眨眼」、「一瞬間」之外,類似的詞還有一個:「一彈指間」。
答案就是「彈指」這個動作。
科學家發現,拇指跟中指互相卡住的「集氣」時間不算,從中指開始動,到中指打到手掌的拇指指根處,算是一次彈指,歷時只有 7 毫秒,也就是 0.007 秒,而眨一次眼睛的時間是 150 毫秒。也就是說,「一瞬間」的時間比「一彈指」長了20倍。
人類從很久以前就會做這個動作,古代經常是樂師或是舞者用來打拍子,維持音樂或舞蹈的節奏。例如一個希臘時代的壺,上面就有牧羊神潘恩一邊跳舞一邊彈指的圖畫。在武俠小說的世界中,「彈指」也是很厲害而且極具魅力的招數,像是古龍的「楚留香」,金庸的「黃藥師」。
四十年前帥翻港台的楚留香,主演的鄭少秋,今年已經74歲了。(來源:古龍/香港無線電視)
近年來最有名的彈指,當然就是「復仇者聯盟」中,一彈就可以消滅全宇宙半數生命的「薩諾斯的彈指」。在2018年的「無限之戰」上映時,電影院中坐著一個男人:喬治亞理工學院(Georgia Tech)的Saad Bhamla教授。
薩諾斯你的手套錯啦!。(來源:MARVEL/DISNEY)
回到研究室中的教授,跟研究生討論電影劇情時,發生了爭論,因為教授認為「薩諾斯戴上看起來是金屬材質的無限手套後,摩擦力太小無法彈指」。理由是,在「聚氣」的過程中,拇指與中指之間必須有足夠的摩擦與彈性,才能累積足夠的能量,然後在彈指發動的那一刻(我本來要寫「瞬間」,不過瞬間慢了20倍,太久了)把彈力位能釋放出來。金屬材質的話,摩擦力不夠,一下子就滑開了。
於是Bhamla教授跟學生就決定對「彈指的動力學」展開研究,他們利用每秒可以拍攝4082幅的高速攝影機拍下彈指的連續動作,發現此過程中,中指的運動是以指根為軸的轉動,其「角速度」可以達到每秒7800度,一個圓周是360度,也就是每秒22轉——當然中指不會真的轉圈圈,大約轉54度,不到1/6圈就被手掌擋住了。
(a) 古希臘的壺上面有牧羊神潘恩彈指的圖畫,西元前320-310年。(b)在不同時刻拍攝到的中指指尖連續動作的合成照片 (c) 由下而上,力、角加速度、角速度、轉動角度對時間的關係 (d) 彈指連續動作圖(來源:Journal of Royal Society Interface)
由於從靜止加速到每秒7800度、再減速到靜止的整個過程只花了7毫秒的時間,瞬間「角加速度」高達160萬度每秒平方,實在是非常驚人的數字。
他們也戴上不同材質的指套進行實驗,其中一個是金屬製的「頂針」(裁縫師傅用的指套,用來保護手指不被刺傷,上面有許多小凹槽,也可以用來推針),戴上這個東西後,果然就因為摩擦力不足無法打響彈指。但也不是摩擦力越大越好,乳膠指套因為摩擦力太大,蓄積的能量一下子就被熱能耗散掉了,也快不起來。
研究團隊所建立的理論模型,藍色為拇指(推壓中指),綠色為中指(蓄積能量的彈力系統)。(來源:Journal of Royal Society Interface)
所以這個研究的結論是:「薩諾斯你演錯了!無限手套不能用金屬製品啦!」
拍電影要小心,不要被物理學家抓包…
這個研究,於2021/11/17發表在英國皇家學會的「Journal of the Royal Society Interface」期刊。
附帶一提,雖然「人類的彈指」看起來已經很厲害,不過比起「吸血鬼螞蟻」(Dracula ant)的下顎還差得遠,角速度可以達到每秒2億4千萬度(每秒67萬轉),角加速度更高達15000兆度每秒平方,這個數字真是難以想像是生物能做到的動作…
  • 超中二物理宅雜記
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EurekaAlert新聞(2021/11/16):https://www.eurekalert.org/news-releases/934621
Journal of Royal Society Interface論文:https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2021.0672
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