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科學寶可夢 #018 比雕:鳥能飛2馬赫你敢信?

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!國外玩家建立了這個 Scientific Pokedex 網站,來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!

pokedex

圖/Scientific Pokedex

超音速風暴來襲 #018 比雕

比起長了炮管的烏龜和能融化岩石的飛天恐龍,比雕看起來真的會像是現實世界會有的生物……嗎?

跟前兩者比起來,既然身為一隻鳥類,比雕理論上應該要有相當嚴格的身材限制,但這幾天打開手機一看差點昏倒。

R編手上有兩隻比雕,一隻寫著「體長:1.53 公尺,體重 41.41 公斤」,另一隻寫著「體長:1.54 公尺,體重 0.94 公斤」……,這體重也差太多了吧(註1)~好比一個兩個身高 180 公分的人去量體重,一個 80 公斤,另一位只有 1.8 公斤!?這已經不是營養不良可以形容了吧~儘管世界上最小的狗體重不超過 1 公斤,而最大的狗種則是超過 100 公斤(註2),但這兩隻比雕可是長的一樣高啊!

撇開同種的差異,比雕的官方體型:1.5 公尺、40 公斤就夠科學嗎?鶴鴕是體型最接近比雕的鳥類,但這些大火雞根本飛不起來。世界上最大的飛鳥是生活在南美安地斯山脈的安地斯禿鷹,這南美許多國家的國徽動物,平均身高可達 130 公分,體重可達 15 公斤。但是很明顯的,比雕更方面還是比牠大上許多(註3)。

世界上速度最快的鳥類,同時也是地球上移動最快速的動物,是遊隼。遊隼高空巡航的時候可以飛出時速 389 公里(0.32 馬赫),儘管這速度比絕大部分的直升機還快了,但比雕還是遊隼快了 6.3 倍,但人家可是 60 公分、1 公斤左右的輕量級體重,比牠還重 40 倍的比雕真的能飛出 2 馬赫嗎?還是說,牠能安心的飛出 2 馬赫嗎?

hawk

遊隼(圖/Scientific Pokedex)

寶可夢圖鑑中,一提到比雕的速度直接就是白紙黑字的「2 馬赫」(註4)。再搞清楚比雕能飛出 2 馬赫是多誇張之前,先討論一下「馬赫」是什麼?馬赫數是基於音速的速度單位,2 馬赫即代表他的是音速的兩倍,而且馬赫是相對值,因為聲音在水、固體和空氣中有不一樣的速度,絕大部分我們討論的馬赫數是指在空氣中的聲音速度(每秒 340.29 公尺),但在水中這個數字會變為每秒 1484 公尺,在鋼鐵中則是每秒 5120 公尺,所以在空氣中飛出 2 馬赫和在水中游出 2 馬赫是差很多的喔~

馬赫數有許多的分級,如小於 0.8 馬赫稱為亞音速、0.8~1.2 稱為跨音速、1.2~5 為超音速、5~10 為高超音速,一直到當太空船進入大氣層會達到的 25 馬赫(re-entry speed)等,物體要在不同的速度下會有不同的物理和影響需要考慮。對比雕而言,2 馬赫剛好落在超音速這區間,想要知道馬赫數的話可以使用公式

eq mach

M 為馬赫數
u 為局部之於邊界層的流速,簡單的說就是物體的速度。
c ‘為其所在物質的音速

比雕是在空氣中飛行的,儘管空氣中音速有溫度及氣體密度等變因需要考慮(註5),就先假設比雕是在海平面飛行。這時音速時速 1225 公里,2 馬赫的話就代表比雕能飛出時速 2450 公里,比超音速客機協和號客機還快(時速 2179 公里),經國號和 F-16 速度紀錄上都未達 2 馬赫(註6)。

British_Airways_Concorde_G-BOAC_03

協和式客機。你看,要飛2馬赫應該要長這樣。圖/ wikimedia commons

那如果比雕真的能飛出 2 馬赫,他會發生什麼事呢?馬赫數不只是個速度而已,它同時也能伴隨另一個產生的東西—衝擊波。當物體在空氣中運動時空氣會受到壓力,正常情況下是「音波」,一但物體超過音速,空氣無法跟上後面的持續變化,一段時間內的音波就會疊合在一起,產生衝擊波。除了對周遭造成破壞外,超音速移動的物體本身也難逃自己製造的衝擊波的破壞,因此超音速客機協和號的形狀才會如此與眾不同,就是為了躲避自己的衝擊波。

但是比雕的形狀有與眾不同嗎?由於網路上找不到比雕俯視圖,我們拿老鷹的俯視圖來驗證一下。當比雕飛出兩馬赫時,喙的尖端已經比旁邊的音波超出兩倍的距離,因此我們能繪出馬赫錐如圖:

pidgeot

翅膀掰掰。圖/becuo.com

嗚呼哀哉~如果比雕真的飛出了 2 馬赫,這 60゚ 角的以外的東西都將不付存在,比雕會變成像餐桌上的火雞一樣,墜落地面(註7)……

當筆者正在絕望的時候發現了一件事:比雕高速飛行時會將翅膀向後收!這實在太好了,這樣牠或許能過衝擊波的影響,但筆者又發現了一件更威猛的事

pidgeot 2

比雕,拜託你飛慢點,我覺得我的頭皮……(圖/Pokemon Wiki)

小智盡然曾坐在比雕身上飛行!幸好他剛剛好躲在馬赫角中,如果這時比雕真的飛出了 2 馬赫,我想小智的頭皮一定開始發涼(註8)。

所以先不管比雕是怎麼用這種火雞體型飛出 2 馬赫的,只能說在天時地利人和下,比雕和坐在他背上的小智都能逃過 2 馬赫衝擊波的傷害,這真是萬幸。但請寶可夢世界一定要立法限制比雕的航空權啊!要不然也要在比雕遷徙的時候考慮到周邊居民的安危,不然到時候災情可能如龍捲風過境一般啊~

編註:

  1. 當 R 編在自己的臉書上分享這則發現時,好友們紛紛跳出來分享各式各樣的減肥傳奇,如「7 公尺長,重 7 公斤的暴鯉龍」、「2 公尺高、重 3 公斤的椰蛋樹」、「163 公分、體重 19 公斤的豪力」,真的很好奇,難不成這些寶可夢是氣體分子組成的。
  2. 世界上最小的狗是一隻名為卜卜的吉娃娃,不到 20 公分長,重不到 1 公斤;最重的狗為一隻名為巨人喬治的大丹狗,高超過 110 公分,體重超過 100 公斤,這兩隻犬科生物於 2010 年受金氏世界紀錄邀約,於紐約中央公園見面,後者似乎不認為前者是一隻狗。
  3. 安地斯禿鷹又稱安地斯神鷹,不難理解,因為牠也是世界上最長壽的鳥類,可以活到 100 歲。另外一種可以和他的體型比拚的大型飛鳥是生活在南非的灰頸鷺鴇,在體重上可以達到更重的 18 公斤,但翼展和身高較低,但不管是哪一種都比不上比雕。
  4. 除了比雕之外,寶可夢世界還有另一隻可以飛出 2 馬赫的傢伙,就是大家朝思暮想的快龍,根據 Pokémon GO 內部的圖鑑敘述,快龍能在 16 小時內繞地球一圈,地球於赤道的周長為 40075 公里,經過計算,快龍時速為 2504.68 公里,只比比雕快了一點。
  5. 古典的音速公式為 c=331+0.6T (其中 為攝氏溫標),但隨著物理的發展,許多變因如介質密度及定壓比熱與定容比熱之比也被納入考慮。
  6. 協和號紀錄上速度也是 2 馬赫,但大家可以發現比雕明顯快了很多,因為協和號是以它的飛行高度(20700 公尺)時的環境音速為 1 馬赫,當高度越高、空氣密度越小、音速隨之變小,所以才會有這些差距。至於其他戰鬥機的速度可能因為機密關係,所以公布的資料有所低估。
  7. 假設比雕在 10000 公尺高空一個不小心張開翅膀,如果不計空氣阻力,被切成子彈形狀的身體會在 45 秒後墜落地面,差不多行進 30 公里,可以從台北飛到林口。
  8. 從動畫版的畫面來看,假設 10 歲的小智身高有 140 公分的話,他的比雕身高絕對有 170 公分,真是比雕界的巨無霸啊。

參考資料:

  1.  Scientific Pokedex
  2. Whatbird.com
  3. Pokemon wiki
  4. Wikipedia(Mach numberslargest bird list 鶴鴕灰頸鷺鴇協和式客機遊隼

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關於作者

泛科學的實習編輯,目前就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這或多或少已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣。在吊車尾的物理數學影響下,多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。