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很強?還是很廢?火車頭假面-《空想科學讀本》

令人難忘之怪人第一名,火車頭假面的生存之道!

在空想科學的世界中經常冒出各式各樣令人感到強烈衝擊性的反派。其中印象最強烈的,就是在《秘密戰隊五連者》中出現的火車頭假面。

整顆頭就是一部蒸汽火車頭!脖子以下卻和人類一樣。因為是這種體型,所以沒有車輪,靠兩隻腳跑步。不但如此,一面跑還一面轉動雙臂一面「咻咻噗噗!」叫著,你那雙手臂是在幹嘛啊?為何一個頭部是真正火車頭的男人,還要一面跑一面模仿火車頭的聲音啊?

但火車頭假面全然不理會這些疑問,一個勁兒向前跑。從煙囪噴出黑煙,從都會的大街小巷跑到鄉下的田間小路。因為他的任務是找出藏在地下的五連者秘密基地。他的腳底裝設有地底探知機,據說能探測到地下200公尺深。

雖然在本書的「白癡大作戰」章節裡指責過,這些邪惡怪人只要超級英雄出現在眼前就會忘記原本的目的而馬上去交戰,但就這一點,火車頭假面可就非常了不起了!就算在途中遇上五連者,他也只大喝一聲「沒空陪你們玩啦!」就揚長而去繼續執行任務。多麼認真盡責的怪人啊!

讓我們一面對他懷抱敬意一面好好想想吧。這名頭是火車頭、身體是人類的這種構造的怪人,究竟是何等強者?……或者該問,究竟是何等廢柴?

找出秘密基地

這可是諜報活動啊。不推給屬下而親自流汗去辦,還真是個了不起的怪人。只不過偏偏唯獨此一任務不適合火車頭假面,為什麼?因為他的頭是蒸汽火車頭啊!這外貌也太過顯眼了,還要用這副樣子一面噴著煙一面進行諜報活動?根本就是向世人大眾展示自己的存在嘛。這不是應該由雜兵戰鬥員化裝成一般人,以人海戰術遂行的作戰嗎?

體重的9成都在頭部!

火車頭假面出現在第46集「黑色超特快!火車頭假面大暴走」中,在1976年4月10日播放。

試著調查一下,真是驚人啊!因為就在播出一個月之前的3月2日,於北海道的追分機務段進行做了最後一次行駛後,日本的蒸汽火車頭104年的歷史就寫下了最後一幕!

以煤炭為燃料,靠水蒸氣的壓力行駛的蒸汽火車頭,曾在日本的昭和年代中期大為活躍。但隨著柴油火車頭和電氣火車頭的開發演進,熱效率太差也漸漸被視為重大問題。若無法頻繁地供給水與煤炭就不能用、不能逆向行駛所以在折返點必須掉頭轉個方向、速度太低牽引力太弱、行駛操作困難、煤煙令人討厭……雖然寫著寫著連筆者我都覺得很悲哀了,但正因為有以上諸多缺點,而被其他火車頭驅逐,終於在那一天完全廢止使用。然後才剛剛停用沒多久,就冒出了這名火車頭假面。

他就像是為那些剛被職場趕出去的火車頭報仇雪恨一般,充滿力量地跑給大家看。用猛衝把桃連者與綠連者搭乘的邊車撞飛,連以力氣大為傲的黃連者都被他壓倒了!

但是,頭是火車頭而身體是人類的這種體型,能做出這麼活躍的行為嗎?根據《秘密戰隊五連者大全 假面怪人大百科》(雙葉社出版)一書,據說火車頭假面身高為2公尺10公分,體重為130公斤。這種情形下,就是說頭部的火車頭只有數十公斤重。

然而根據電視畫面測定,火車頭假面頭上那部火車頭,長約1公尺20公分,高約1公尺10公分,寬約75公分。雖然以一部火車頭來說算是矮肥短形,但就算再瘦再小畢竟還是火車頭,所以想來絕對不只數十公斤重。在此就先把設定的130公斤體重擺一邊,試著用日本鐵路史上最大的蒸汽火車頭C62比較一下,以推測他的實力吧。

C62型除去煤水車之後的全長16公尺,高3‧98公尺,寬2‧936公尺,重量為88‧83噸。以此為基準,火車頭假面的火車「頭」重量約為470公斤,真不愧是火車「頭」,有夠重。把這重量和脖子以下部分的重量加起來才應該是他真正的體重。

熱效率

是指產生的熱能有多少百分比能變成動能來利用的效率。蒸汽火車頭大約是20%的程度,汽油引擎大約30%,而柴油引擎約40%。雖然電動馬達能將使用的電 能超過80%轉為動能,但因為發電時的熱效率只有30到40%,而發電的燃料也跟柴油引擎沒啥不同,再考慮到傳輸電力的損失,恐怕總體熱效率比蒸汽火車還 差。不過因為只要有電纜供電就不必連燃料一起載運,外加只要開關一開就能立刻起動,方便到令人吃驚。

根據電視畫面測定

火車頭假面脖子以下的身體也相當壯碩,所以假設這部分的身體與身高185公分、體重80公斤的人相同。若以筆者我的體型為本來計算,火車頭假面脖子以下的身體就是155公分高。本文中的數據,是抓下火車頭假面的正面與側面的畫面,再依此測定計算出的結果。

除去煤水車之後

C62型含煤水車在內時長為21‧475公尺,總重144‧94噸。但因為火車頭假面並沒有煤水車,所以本文中只用前面的火車頭部分進行大小及重量的比較。

成年男性的頭部只占全身體重的4‧4%,所以火車頭假面脖子以下的身體部分如果與一名體重80公斤的成人一樣,那身體的重量只有76公斤,加上火車頭部分的全部體重為546公斤。這個怪人全身體重的86%集中在那顆頭上【圖1】!

圖1:好重!

這樣的人去撞擊五連者乘坐的邊車,會發生什麼事?從火車頭假面的體型看,應該是用腿部撞擊車體的。因為完全沒有停止那顆幾乎占了全部重量的頭部之運動,所以它會繼續前進,就這樣撞上桃連者和綠連者的臉!或者是由於腳尖被車體勾住,全身以腳尖為中心而轉動,從側面看他的頭就像支大鐵鎚,就這樣搥下去把車體砸個稀爛!雖然這樣可以對敵人造成嚴重損傷,但要只把邊車撞飛可就有點難了。

更重要的是,他跌倒後怎麼辦?人類要從跌倒的狀態站起來只需兩手撐地,當然,那是因為我們肩膀以下的身體遠比頭部重,很自然的會將頭部抬起,接著只要將體重朝後方移動,就能將身體重心移到腿部正上方。再來只要腿部用力,就能毫無困難地站起來。

但是,火車頭假面要站起來可就沒那麼簡單了。他一旦跌倒,因為頭部較重,所以兩手無論多麼用力撐地,頭也不會先抬起來。就算手腳同時用力撐地,也只會把屁股抬高。

這種體型想站起來,只能硬把手與膝蓋塞進頭部下方,取得平衡後,把頭抬到腿部上方才有可能。若是有點步履蹣跚,就得屁股著地重來一次。花這麼多時間做這些事,可能早就被五連者幹掉了……

喔,出乎意料地跑得很快嘛

不想跌倒的話,只要別去撞飛邊車就行了。火車頭假面的使命他自己比任何人都清楚:找出五連者的秘密基地所在。基於這點,真正比什麼都重要的,還是速度。

速度要靠力量產生。以火車頭假面的情形,力量應是來自頭部的火車頭。如同先前的計算,其重量為470公斤,只有C62型的189分之1。

但機械這種東西並不是越大越重,出力就會按比例變大。F1賽車的引擎之所以要有很多個氣缸,大型輪船之所以要裝複數的引擎,就是因為這個理由。在加起來重量相同的情形下,與其裝一具很大的引擎,不如裝多具較小型引擎來得有利。從重量3噸、出力為90馬力的礦山鐵道火車頭,到重達600噸、6290馬力的史上最大蒸汽火車頭Big Boy(譯註:美國太平洋聯合鐵路的4000型4-8-8-4蒸汽火車頭),將大小不同的5種蒸汽火車頭比較之後可以得知:出力大小是與重量的5分之4次方成正比

因為這個理由

除此以外,還有較小的引擎回轉數較高,而且如果有許多個較小的氣缸,就算壞了幾個也依然能持續行駛等等其他理由。

大小不同的5種蒸汽火車頭

從最小的開始列舉:千歲礦山專用軌道的火車頭、59噸880馬力的C58、C62、南滿鐵路「亞細亞號列車」203噸2400馬力的太平洋7型(Pashina)、美國太平洋聯合鐵路的4014型Big Boy。

5分之4次方成正比

生物的熱量消耗與體重的4分之3次方成正比,5分之4就是0‧8,4分之3就是0‧75,兩者十分接近。

此一事實對火車頭假面來說是可喜的,因為意思是:雖然他的重量遠輕於C62型,出力卻不至於像重量的比例一般小。

189分之1的5分之4次方為66分之1,C62型的出力是1620馬力,66分之1就……啊,才24馬力。就連重約200公斤的400cc機車也有50馬力啊。

比起汽油引擎,蒸汽引擎較重,出力卻較低。啊,又多一個讓蒸汽火車頭從歷史舞台上消失的理由了!

更何況火車頭假面還不得不靠這僅有的24馬力推動他全身重量的546公斤。所以他究竟能跑出多快的速度呢?

動物或交通工具的速度,是在一定重量下馬力越大就越快,而且用來運動的部位尺寸越大就越快。說到用來運動的部位尺寸,以火車頭來說,就是輪子的直徑。由此可以計算,火車頭假面能以C62型87%的速度行駛。因為C62型的最高速度為時速129公里,所以火車頭假面就有時速112公里。喔,出乎意料地快嘛。

這麼慢不要緊嗎?

不,高興得太早了點。這說的是火車頭假面以火車頭的方式行駛的情形。但一如開頭說過的,他並非是用輪子行駛,而是靠兩隻腳跑步的。

如果是用雙腳跑步又能跑多快呢?據說人類全力奔跑時可以使出3馬力左右的出力。相較於體重80公斤的人,以重量和出力的比值,火車頭假面的出力比人類大1‧2倍。因為運動使用的部位一樣是雙腿,所以差異不大。在此情形下,他的速度會比人類快6%。如果人類100公尺的平均速度為12秒,他的速度就有32時公里。

一下子變慢許多,而且恐怕還要更慢。問題在於他的兩臂在跑步時要做出像連結棒一樣轉動的咻咻噗噗動作。人類在奔跑時兩臂是交互揮動的,要是用兩臂做出咻咻噗噗的動作,速度又會變得如何呢?

這只能實驗看看了。筆者我帶著碼錶到公園,試著在附近從某棵樹跑到另一棵。雖然距離不明,但只要能知道相同距離所花的時間差距就夠了。

仔細做完柔軟體操後,首先試著用普通的跑步測量一下時間。接著再試著挑戰一面跑一面咻咻噗噗看看,哇,好難平衡!視野在搖晃!因為兩腳交互前進,兩手卻湊在一起劃圈圈,不平衡也是理所當然的啦。但是對一跌倒就相當於完蛋的火車頭假面來說,這樣跑真的不要緊嗎!?

各跑了3次,取最長時間為準,通常的跑法為5秒84,咻咻噗噗的跑法則要6秒86。果然用這種奇怪的姿勢跑步,速度降低了15%。這一來,火車頭假面的跑步速度就只有時速27公里了,比騎腳踏車還慢啊【圖2】……

圖2:很怪!

由此可以計算

火車頭假面的重量所得到的馬力,託這5分之4次方的效果,是C62的2‧5倍。火車頭假面的動輪,從畫面上測量直徑約 47公分,因為C62的動輪直徑為1‧75公尺,所以只有C62的3‧7分之1。乘上這個就是0‧66倍,而速度又與其3分之1次方成正比。0‧66的3 分之1次方是0‧87,換句話說就是87%。

比人類快6%

由其體重得出的出力為1‧2倍,速度是其3分之1次方,就是1‧06倍,換句話說就是快了6%。

用這麼慢的速度,火車頭假面真的能夠找到五連者的秘密基地嗎?

五連者的秘密基地位在新宿車站西口繁華街道的地下。可是,火車頭假面並沒有把探索範圍集中縮小在這一帶,而是從都市到鄉村式的東奔西跑。恐怕他是想把整個東京都跑遍做地毯式探索吧。這可是非常花時間的索敵行動。

全東京所有的國道、都道、區道加起來,除了島嶼區,總路線長2萬2694公里,超過繞行地球半圈。火車頭假面要用他那種速度把這路線跑完,得花838小時。

就算每天跑上15小時,要找出五連者的基地,運氣差的話可能要花56天,將近2個月。嗯,如果他用輪子跑的話就有時速112公里,但也要202小時,運氣不好也要花2週才能發現基地啊……

新宿車站西口

五連者的戰鬥機巴里布倫是從巨大的通風口裡發射的,與新宿車站西口的通風口非常相似。但通風口是為了讓
密閉空間中的空氣保持新鮮而裝設的,讓戰鬥機在裡面排放廢氣……這樣做真的好嗎?

發現基地

話說回來,這「地底探知機」到底是什麼啊?因為光與電波都無法通過地面,所以能用來探知的只剩音波。恐怕火車頭假面就是用腳踩地面向地盤發出聲音,再根據反彈回來的音波探測地底的情況。若真的是如此機制,雖然很花時間,但也只能靠兩隻腳踩遍全東京。故 事中的火車頭假面可是很努力的。他還曾經差一點成功了。因為就在為了偽裝五連者基地之出入口而開設的簡餐店「權」裡,它還曾經冒出來說:「抱歉,請給我一 杯水。」喝完之後又跑出去。在這麼短的時間內就找到目標附近了,運氣還真好……不,既然都到了為何卻沒發現秘密基地?你的地底探知機到底有沒有用啊?

我的時代還沒結束!

不過,此處不過是計算上的數值。故事中的火車頭假面可是跑得非常快的,黃連者對他說「你贏得了新幹線嗎?」他就勇敢地挑戰此事,而且還真的給他跑贏了新幹線!哇咧!

他的對手可是營業行駛速度高達時速210公里的0系新幹線啊。從畫面上看,火車頭假面看起來跑出了時速250公里以上。就靠兩條腿,還是那種咻咻噗噗的跑法,這腳力太可怕了啊。

重量與尺寸相同時,出力與速度的3次方成正比,所以火車頭假面的出力高達1萬9千馬力,超過Big Boy3倍,堪稱為史上最強蒸汽火車頭啊!而且有這等速度的話,就算跑遍全東京探索,也只需要6天!

真是越來越令人覺得可惜了,要是將這種出力直接用火車頭跑而非靠雙腿,153又能跑出多快的速度呢……

筆者我正如此想著,卻看到故事中更令人驚訝的一幕。五連者用岩石和木材築起路障,火車頭假面竟然把脖子以下的身體部分收納到火車頭中,開始直接用車輪行駛啊。嗚哇,既然你能夠這麼做,打從一開始變成火車頭行駛不就好了嘛!

然而,火車頭假面終於還是迎來了悲慘的死期。雖然五連者的攻擊幾乎都被他反彈回去,紅連者卻機智地想到「火車頭最怕的就是坡道」,因此將它引誘到山坡上,用必殺絕招五連者颶風堵住他的煙囪,把他炸死了。死前最後的遺言是「我的時代已經結束啦……」

好悲涼的一句話啊!果然蒸汽火車頭只剩下消失的命運了嗎……

不不,就科學上言,你絕對還沒完蛋!火車頭假面。以蒸汽火車頭來說你可是有著史上最強出力的,試著計算一下以輪子行駛時的速度,竟然高達時速1040公里。要探索全東京也只需22小時。而且在協和式客機已經退役的現在,全地球的交通工具只剩你能駛出此等速度【圖3】。

圖3:很驚人!

就算蒸汽火車頭的時代結束了,火車頭假面的時代才正要開始。請你在不久的未來的某一天真正的出現吧!火車頭假面!

五連者颶風

桃連者一面說著「好了嗎?要去了喔!」一面不知從何處拿出一個長得像美式足球的武器,接著由桃傳給黃、黃傳給綠、綠傳給青之後,由青連者將球豎立在地上, 讓紅連者把球踢出去。為何不能直接由桃連者拿出來就豎在地面上給紅連者踢就好呢?這個問題筆者我從很久以前就在想了,至今還是想不明白。由紅連者踢出去的 五連者颶風還會根據怪人不同而產生變化,最後重創怪人。例如對付電力假面時就變形成電爐和水壺,還噴出高壓蒸氣;對付風車假面時變成電風扇,吹出強風使風 車反向回轉。但不論變成什麼,怪人都會被打中然後爆炸死亡。對付火車頭假面時是變形成煤炭,然後塞住煙囪而爆炸。嗚呼哀哉尚饗。

節錄自PanSci 2013七月選書《空想科學 6.5》,由遠流出版。

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關於作者

遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。