飛起來了怎麼可能!新竹大風箏+7級風可以捲起多重的人?

飛起來了怎麼可能救命啊我不要(到底誰想要!

風箏把人捲上天的驚險意外,就發生在上月底(8/31)。2020新竹市國際風箏節原本是個開心充滿童趣的風箏嘉年華會,怎知當天活動會場南寮漁港風勢達到 7 級,一名體重約 13 公斤的 3 歲小妹妹,在巨型風箏升空之際,瞬間被風箏尾巴掃到捲上天,在空中擺盪約 30 秒才在眾人協力幫忙下安全落地。

不少家長看了這驚心動魄的影片開始擔心:「以後帶小孩到河濱放風箏,會不會也有危險啊?」這次泛科學就帶大家來算算看,多~大的風箏遇上多~大的風可能會有危險!

今天的風兒好喧囂啊!那天新竹的風+大風箏可以捲起多重的人?

就先給個答案了,以新竹市活動會場當天的7級風,若風箏(領航風箏前端+長達24公尺的尾巴)受力情況都以最極端的方式來看,其實是可以拉起 146.48 公斤重至 253 公斤重的物體的,扣掉風箏可能重約 4.5 至 5 公斤,要把成人拉上空中也不無可能。

但以上是最極端例子,除了是以風箏的「面」被風吹好吹滿的的情況下計算,再加上風箏原先設計就不是要載人用,在遭遇這麼強的風力時,風箏可能會被破壞,要能拖破百公斤重的物體(或人體)上天,還是有些難度。

看到這裡應該會好奇,到底這是怎麼算出來的對吧?在此之前我們必須先了解:風箏為何會能飛上天呢?

3歲小妹妹遭風箏捲上天空。圖/YouTube_鍾喬 joe

風箏之所以能飛起來的原因,是因為風箏的「面」被風吹後產生升力,而這股升力大於風箏本身的重力和空氣所產生的阻力時,就可以讓風箏「飛起來」。不是隨便一片布就能飛上天,風箏的形狀、重量、結構都是經過設計的。另外,放風箏的場域、風速、風向與天氣,也都會影響到風箏的飛行。

接著就到計算的重頭戲啦,多大的風箏與風速可以帶起多重的人呢?

風箏上升的力道主要跟風速,以及風箏的面積大小有很大的關係,以下應用升力公式來做點推測:

升力公式:FLρ v2 CL A 

  • FL是升力
  • ρ 為空氣密度。根據維基百科,氣溫 30 度在一般平地大氣壓力下,空氣密度約為  每平方公尺 1.16 公斤。
  • CL 為升力係數。與受風物體的材質、形狀等皆有關。無論迎風的是球體、流線體或特殊材質,都會影響此一係數。在風箏的例子上,主要隨著風箏面與風向夾角變化,範圍為 0-1 ,因為等等要計算的是讓人起飛的最大風險,會暫以最大值 1 來作計算。
  • A 為參考面積:風箏可以承風的面積。在這個案例中,計算上比較麻煩的是風箏尾巴到底要不要算進去,以及風箏尾巴隨時間的變化,會影響整個風箏的受力。
    在此處,我們知道這個風箏最有效的面積應該為 3 平方公尺,如果要加上尾巴應該最多可以算到約 20 平方公尺。
  • v 為速度,在此以風速來作計算。

領航風箏前端面積為3平方公尺,尾巴則有24公尺。圖/Youtbe_兒ㄚ麵線

如果以領航風箏前端面積 3 平方公尺作計算,在 7 級風(風速以每秒 15 公尺計)的情況下,風箏的最大受力可達 39.94 公斤重;在 5 級風(風速以每秒 9 公尺計),最大受力可達 14.38 公斤重。

實際上飛上天的重量會是小孩的體重加上風箏本身的重量。因為很難確定這次的風箏的重量,考慮到都要飛上天(?),先略約用飛行傘的資料估算一下。

單人的飛行傘傘重 4-6公斤,面積 23-32 平方公尺。以領航風箏前端 3 平方公尺加長 24 公尺寬估計 1 公尺的尾巴,總計 27 平方公尺,我們可以推測如果是類似的材質,領航風箏的重量大約 4.5- 5 公斤。無須7級風,大約 5 級風到 6 級風,就可以單憑領航風箏的前端達到讓小孩騰空的效果了。

小女孩不慎遭風箏尾巴捲上天空。圖/Youtube_兒ㄚ麵線

接下來,我們來看看那條長達 24 公尺的尾巴。它實際上很難有個正確的估計,但因為面積在此次公式裡占了很大的因素,完全不算一下有哪些效果有點說不過去。我們稍稍假設這條尾巴 24 平方公尺,但沒有完全攤平、承風的效率不太好,只達三分之一到三分之二的效果,即承風的投影面積大約為 8 到 16 平方公尺,加上前端,總面積可達 11 到19 平方公尺。

因此初估這次的領航風箏,前端加上尾巴:在 7級風的情況下,受力分別可達 146.48 公斤重到 253 公斤重(當然,風箏不是設計來載人的,有機會在捲跑人之前先被風破壞了);在 5級風的情況下,受力分別可達 52.73 公斤重到 91 公斤重;即使在 3 級風(以風速每秒4公尺計算)的情況下,受力仍可達 10 公斤重到 17.99 公斤重。

因此簡單來說,未來看到像這樣豪~大的風箏正要升空,不管風有多大,都請大家閃遠一點,注意安全距離。這個面積的風箏,在 5 級風的情況下要把大人帶上空,也是有點機會。這類風箏的操作,應該要閃遠點讓專業的來。

噢,對了!想知道 7 級風有多大嗎?套用同樣的公式可以算出,如果成年人面積以 1.5 平方公尺計,被 7 級風直吹的受力大約是 20.25 公斤重;根據氣象局,一般的成年人在 7 級風的有可能會走不穩。相信我……這樣的天氣就別放風自己,也別放風箏了吧!(除非你受過專業訓練)

那如果只是在一般在公園裡放小風箏,在怎麼樣風速下可能會有危險呢?

我們用個簡單的抓法,假設小風箏大約 1 平方公尺大,那 7 級風的受力大約可達 13.5 公斤重;6 級風(以風速每秒 12 公尺計)受力約達 8.52 公斤重;5 級風的受力約可達 4.7 公斤重。因此如果小孩放風箏,在 5、6 級風的情況下,應該不至於被風箏帶走。

但即使如此,在風速快的情況下,風箏線其實也挺危險的,還是應該要注意操作。

我在天 上 飛!那些年…曾把人舉高高的風箏們

這次的事件是個意外,但古往今來其實不少人想透過風箏讓人在天上飛。

比如說在1886年《科學美國人》上便有一篇報導,描述一位法國人梅洛(Marcel Maillot)如何透過超巨大風箏(面積約為71平方公尺,風箏重113公斤)舉起了重達150磅(相當於68公斤)的沙包。

前述的實驗相當含蓄地使用沙包當人,而在更早些年則有發明家拿自己的子女當做實驗對象。

1824年發明家波卡克( George Pocock)用寬9公尺的風箏和椅子分別把他的女兒和兒子送到82公尺和60公尺左右的高空;然後在證明風箏可以把人舉高高之後,便設計出了「風箏馬車(Charvolant)」:一種不用透過馬匹,而是透過風箏拉動的馬車。由於在當時過路費是根據馬匹數量收取的,因此這種馬車便可以不用被徵收過路費呢!儘管如此,但它實在太難操作因此根本沒有什麼人使用。

圖/wikiwand

除此之外,還有把載人風爭當成偵查工具、當作飛機升力來源⋯⋯等等,完全感受到人類想擺脫地心引力的糾纏真的是無所不用其極啊。

我也知道~凹,天空多美妙。燕姿沒教你的放風箏秘訣!

雖然這次的意外並不是幼童放風箏所引起的,但多多少少內心會有「那到底該怎樣放風箏才安全?」的疑問。雖然放風箏一時爽,但在放風箏之前功課是要做好做滿的。

首先是要選擇適合的場地,必須要是開闊、空曠、人少的場域,周遭不要有建築物、樹木或者是起起伏伏的山丘。一方面是避免風箏勾到其他物體,另一方面是這樣風向也會相對穩定。

場地確認了,接下來就等風起吧!風速是風箏能不能飛高高的重要因素。雖然不同結構的風箏可能最適的風速也不盡相同,但大概2~4級風是最合適的。有些輕量風箏在室內走動的風都能起飛,也有些大型風箏需要6~7級的強風才能起飛。

放風箏最好選擇空曠的地方。圖/pexels

天氣也很重要,像是在雷電交加的夜晚放風箏的富蘭克林就是個放風箏的錯誤示範,一方面下雨會打濕風箏,讓風箏不好飛起,另一方面也有被雷擊的風險。

放風箏的時候也最好攜帶帳篷釘可以把風箏固定在地上,另外也要帶好能保護手的手套,以免拉動風箏時被風箏線給割傷。

風箏及其衍生的各項娛樂活動相當多,只要多一些準備就能少一點意外的發生,好好享受那迎風飛起時的暢快吧!

參考資料:

___________
你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

關於作者

PanSci

PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策