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人类短跑速度的理论极限是多少?

之前曾经和大家讨论过,人体能够承受最快的速度是多快,理论上是接近光速。今天,我们再次和大家讨论速度的问题,从理论上来说,人类短跑速度的理论极限是 多少?据果壳网友 Ent 分析,世界顶尖短跑运动员(比如博尔特)的瞬时最高速度差不多是 45 千米/小时,但只是瞬时。不过 2010 年,一项研究认为未经改造的人类的生物学极限可以达到 60 千米/小时以上。

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传统上计算人类跑步极限依据的是这样一个假定:人类运动速度的短板,是脚蹬地面的力度。目前短跑运动员一条腿能够对地面施加 4000 牛顿的力,大家都觉得这差不多到头了。事实上按照之前的计算,人类百米跑到 9.48 秒就差不多到头了。
但这项研究发现,其实短板不光有力度,还有施力时间。短跑者冲刺的时候其实很像弹力球,大部分时间在空中,每一步接触地面的时间不到 0.1秒。他们认为,人类的肌肉其实还能释放出更大的潜能,只不过接触时间太短了没用出来——肌肉收缩也是要花时间的。要是想办法释放出来的话,那就是 60 千米以上了。按照最为乐观的估计,跑完百米只需要 5.18 秒。
遗憾的是,这是最理想的情况。现实中如果你想延长受力时间,就意味着迈步频率也要变慢。这也就是为什么我们现在还突破不了 9.5 秒的原因。
从另一个角度说,跑步者在跑的时候其实只有大概 7% 的力是向前推动的,剩下的力都用来向上推动弹跳了。如果我们发明一种办法能将所有的力都用来克服空气阻力而非重力,那么用最简单的估算,人类速度还能再提高3-4倍。所以最最理想的极限情况下,不改造人体,我们可能可以瞬间跑到 200 千米/小时。
如果放宽对跑姿的要求,还会有很多别的有趣的结论。比如,NASA 计算人类坐姿单腿静蹬最大力度可达 2400 牛。如果人能把双腿力量这样一刻不停向后施加作为推力,那么相当于 8-9 个g,粗略估计这可以让人抵达 600 千米/小时的终末速度。
如果再进一步,调节一下人体的姿势、装备和海拔的话……世界速降跳伞纪录是 531.42km/h,由 Marco Wiederkehr 在2013 年创造。他采用了特别的姿势和专用头盔衣服,而且最高速度是在高海拔稀薄空气中获得。我们的短跑运动员拥有 9g 推力,理论速度可以达到他的三倍(1600 千米/小时),但是因为三倍就要遭遇音障,所以实际上速度恐怕不会比音速(1200 千米/小时)高太多。
世界上纯肉身最快的人可能是 Felix Baumgartner,他从 39045 米高处跳下来的时候,最快速度达到了 1342km/h,合 1.26 马赫 。这算是另一种概念、另一种方向的短跑吗?
[整理:CALONYE]

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