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超人七號以 7 馬赫的速度飛行, 身體會四分五裂!—《空想科學讀本:超級英雄也有職業傷害》

具有飛行能力者,飛行速度無一不超過音速,這是空想科學世界的常識。不論超人力霸王等正義使者,拉頓或三頭金龍等有翅膀的怪獸,還是超級警備隊的各式超級武器,全部都是如此。音速 3 倍、音速 5 倍或者音速 7 倍(←為何大都是奇數啊?),更厲害的甚至還有能以音速 20 倍飛行的。會把「時速 91 公里」掛在嘴上的,大概只有超人小天使(舊譯「超人小叮噹」)了吧。

這些超乎常理的超音速之所以會隨意被拿來用,唯一的原因就在於現實世界中真的存在許多能以超音速飛行的飛行器,例如噴射戰鬥機。的確,既然協和式客機都能以音速 2 倍飛行,超人力霸王能以音速 5 倍飛行好像也沒有什麼好奇怪的,「不就只是把數字寫大一點嘛」。這麼一說,似乎也滿能夠讓人接受的。

可是,問題真的這麼單純嗎?就算如上個單元所討論的那樣,只要有反作用力或是升力,超人力霸王與怪獸就能以超音速飛行,難道不會有任何阻礙嗎?

其實,他們都忘了一個重要的問題。完全忘記以超音速運動時會產生衝擊波(能量震波)這回事了!這個單元,我們就來了解一下那是多麼可怕的東西吧。

衝擊波的形狀

當物體以超音速運動時,物體的前端就會產生衝擊波。只要是在大氣中都逃不掉這個命運。

超人力霸王兄弟以及王者基多拉等具有飛行能力的傢伙,全以超音速在空中飛行,可是他們卻完全不知道衝擊波的可怕。非得好好教訓一下不可。

衝擊波的威力非常厲害,噴射戰鬥機所產生的衝擊波就連 5 公里外建築物的玻璃窗等都能輕易擊破。協和式超音速客機之所以要在 2 萬公尺的高度飛行,是為了避免危及地面。此外,還有一點也請別忘記,那就是以超音速移動的物體本身也逃不過自己製造的衝擊波的破壞力。

以超音速運動的物體所產生的衝擊波,可以用下述的作圖法求得波形 。

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這兩條切線所夾出來的楔形,就是衝擊波的形狀。事實上這應該是立體的,正確的說法應該是圓錐體的側面。

由於衝擊波是由物體的突出部位產生的,所以就連運動中的物體本身,只要超出這個圓錐體範圍外,都會被前端產生的衝擊波破壞。超音速飛機之所以設計成細長的三角形機翼,就是為了避免突出於圓錐體之外。雖然協和式客機能夠以 2 馬赫的速度飛行,但是那時所形成的衝擊波頂端的角度是 60 度,只要不超出那個範圍就不會有問題。

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個個都會支離破碎!

總而言之,空想科學世界的每一位,好像都完全沒有注意到這件事情。個個都超出了範圍。

我們就先從王者基多拉來看吧。這隻根據設定資料能夠以音速 3 倍飛行的宇宙大怪獸,如果要以那和流線型相差十萬八千里遠的體型超過音速,根本就是自殺行為。以音速 3 倍的情況來說,由於圓錐的頂角是 39 度,毫無疑問,翅膀會直接遭殃。

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而且,這傢伙還有三個腦袋。這種身體結構,不論哪一個頭,都會遭受另外兩個頭所造成的衝擊波衝擊。如此一來,對頭哥吉拉根本不必採取任何行動。在飛來的途中就自動斬首,然後就「劇終」了。雖然是三番兩次捲土重來的著名怪獸,可是再來多少次結果都一樣。

與王者基多拉相比,超人力霸王的飛行姿勢就很接近流線型了。可是,由於他的飛行速度是音速5倍,衝擊波的頂角就只有 23 度了。若是依照畫面上常見的姿勢,兩手平伸靠攏、仰著脖子,眼睛以上的部分都會破碎四濺。

不過,他的情況還算好,真正危險到令人絕望的是以音速 7 倍飛行的超人七號。頂角只有 16 度!

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這已經是極限了。而且更不合理的是,超人七號飛行時雙手是分開的。不論怎麼看,雙手前緣各自會產生頂角16度的衝擊波,兩者都會直接擊中他的臉。臉部好像石榴一樣迸裂,不用說,身體會裂成兩半

真慘啊~也許有人會這麼覺得,不過事情可還沒完咧。因為,裂成兩半的超人七號接著還會墜落地面!

如果是在 1 千公尺的空中裂開的話,會在 14.3 秒後落地。在這段時間內還會沿水平方向飛行 34 公里。若是向西飛行,在新宿上空開始墜落的話,墜落的地點會在八王子,而以對地角 3.4 度衝撞下來。

在這種角度下,應該不會出現撞入地底砸出隕石坑之類的情況,恐怕會像打水漂兒那樣一再彈跳吧。若是第一次彈跳到 40 公尺高的話,會在 17 公里外再次彈跳,然後在丹澤山地北側一帶開始滑行。接下來雖然有空氣阻力再加上地面的摩擦力,但滑行速度畢竟高達音速 7 倍,還是很難停下來。經過琵琶湖、進入中國地方(譯註:日本地名),經過 636 公里之後終於在廣島停下來。

這個過程歷時 9 分 30 秒,會放出 5 兆焦耳的能量。而且,這還只是裂開的一半的身體而已。兩半合起來的威力等於 2 萬 4 千噸炸藥!力霸王戰士的超音速飛行對人類而言根本就只是天災而已嘛。

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老哥已經造成人類這麼大的災害了,卻還有人完全不知道反省。那就是力霸王 A 和力霸王太郎。

這兩位的飛行速度號稱有音速 20 倍,這下子可真的無可奈何了。衝擊波的頂角只有嚇死人的 5.7 度!根本就成了針尖嘛。要怎樣才能夠收進那樣的圓錐範圍裡啊?尤其是太郎!頭上長著一雙大角還要以音速 20 倍的速度飛行,未免也太不知死活了。起碼也剃個小平頭啊,小平頭!

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安全的飛行方法

那麼到底該怎麼辦,才能讓超人力霸王們以各自的速度飛行而不至於害死自己呢?

當然,除非改變體型,否則是不可能的。不過就如同本書第一部各單元所述,他們不但能夠變身,還可以變大縮小。那就大膽假設他們要變化成適於飛行的形狀也易如反掌,來找找具體的體型吧。

力霸王七號已經犧牲生命告訴我們,分開雙手飛行是絕對禁止的。但話說回來,光像力霸王那樣雙手伸出前端併攏其實就夠糟的了。因為也要考慮到十指尖端都會產生衝擊波,會從指根裂開。要改變體型,手指得先除掉,然後雙手還要變成剖成兩半的圓錐型。腦袋也會礙事,所以也得變成同樣的形狀。換句話說,就是頭部與雙臂合在一起,會變成一個收在頂角範圍內的圓錐體。

接下來,原本已經收容在圓錐體內部的下半身,若是維持原狀也很危險。這是因為音波是一種能量的流動,但是空氣本身並不會隨之離去,所以空氣仍然會進入衝擊波的內側。只要收容在圓錐內側的部分凹凸不平,凸出部分的後方就會形成渦流,並產生煞車的效應,同時該部位還有產生新的衝擊波之虞。所以說,如果可以的話,就連屁股溝、腳踝等部位也都該去除,這才是上策。當雙腿併攏時呈現光滑的流線型,這樣的下半身才是最理想的。

這樣一來,力霸王諸君的正確飛行體型就出來了。

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老實說,這模樣還真是難看啊。對於這些特地大老遠從外星球過來保衛地球的志願軍,我們只能說很抱歉,可是要在地球的大氣中以好幾馬赫的速度飛行,還是忍耐點變成這副德性比較好。既然不幸來到這種星球,就只好認了吧。


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本文摘自《空想科學讀本:超級英雄也有職業傷害》,遠流出版。本書為《空想科學讀本 1》全新修訂版。

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