飞人博尔特到底能跑多快?
据物理学家组织网报道,在北京奥运会上,牙买加短跑运动员乌塞恩·博尔特创造了新的百米世纪纪录,成为世界上跑得最快的人,但他究竟还能跑多快?
8月16日,星期六,在北京奥运会上的百米大战中,博尔特以9.69秒的速度打破了由他保持的世界纪录(9.72秒)。在撞线之前,距离终点20米处,这名21岁的飞人甚至环顾四周,意识到自己遥遥领先后,开始放慢脚步为自己擂胸庆祝。看到他的惊人表现,很多人好奇,如果不放慢脚步跑完全程的话,博尔特的时间会是多少?或者说人类奔跑的极限究竟是多少?
以汉斯·克里斯蒂安·埃里克森为首的奥斯陆大学的物理学家们也对此感到好奇,最近,他们根据博尔特速度和加速度等因素预测了这个世界飞人究竟可以跑多快的问题。通过推断博尔特在擂胸庆祝前的速度,科学家们估算出的假设性世界纪录为9.55秒,误差数为加减0.04。
他们的估算支持博尔特教练格勒·米尔斯的说法。米尔斯在一次记者招待会上曾暗示博尔特全速跑的话,跑完全程的时间应为9.52秒,甚至更少。埃里克森称,他和同事们都对体育感兴趣,他说:“我们的研究工作起始于在苏黎世黄金联盟田径赛前,大众媒体上刊登的乌塞恩·博尔特教练的采访录。
他称如果不放慢脚步,博尔特的最好成绩应该是9.52秒。这令我们感到震惊,如果拥有他的田径赛录像和一些有关他的加速度的假设,我们应该能计算出这个时间。”
为了得出结论,这些挪威科学家分析了来自美国国家广播公司、英国广播公司和挪威广播公司的不同的田径赛录像。在跑道一侧安置的移动摄像机则扮演着“标尺”的角色。科学家们依据不同假设做出两种估算。第一种估算较为保守,是假定博尔特到最后维持亚军理查德·汤普森的加速度。
第二种估算是博尔特最后的加速度是0.5 m/s2,比汤普森的加速度快。根据博尔特和汤普森在经过摄像机轨道上每一条间隔线的位置录像,研究人员以时间函数的方式确定了两名运动员位置的近似值,以及他们的速度和加速度。
将这些轨迹投射在100米上,科学家们得出了他们的结论。如果博尔特最后保持汤普森的加速度,他的时间为9.61秒,误差为加减0.04秒。如果博尔特维持0.5 m/s2加速度,他的时间将是9.55 秒,误差为加减0.
04秒。埃里克森说:“刚开始时,我们只是觉得有趣,但后来我们意识到,这样的结果可能真的非常有趣,也可能对更多的人有用,而不只是原来预想的目标读者。于是,我们改成以半严肃的方式完成了这篇论文。尤其是,我们认为这可能是一个用于教育和更多目的的简单物理学的有趣例子,因此,我们把这篇论文发表在《美国物理学杂志》上。”
埃里克森强调,这项研究是“趣味物理学”的一部分,考虑它的结论不该太严肃。这些物理学家解释,他们对博尔特可能时间的估算有一定的误差,误差为加减0.04秒,而且这种不确定性源自科学家对博尔特加速度假设的统计的不确定性。例如,屏幕时钟的精确度,屏幕时钟与体育场时钟的差异。
另一个可能的不确定性是可能博尔特跑到终点精疲力尽了。但是,通过主观观察,科学家们指出:“从他撞线时的面部表情判断,我们的假设不是似是而非。” 风速是另一个因素,虽然在这次北京田径赛期间,跑道上的风速经测量可以忽略。但是,物理学家指出,在风力条件良好——例如风速每秒2米——的状况下,博尔特的时间可减少0.1秒。鉴于这些结论,他们认为,博尔特可在短期内以9.5秒以内的成绩创造新的世界纪录。
当然,他们也从科学的角度进行了提醒。埃里克森说:“我还应该说,这次研究对新世界纪录的实际预测几乎没有什么用处。但重要的是,这是简单物理学的一个有趣的例子,很多人对此感兴趣。它的主要目的是用来普及物理学,不是定义一个新的世界纪录。尽管如此,我们相信,我们使用的方法是恰当的,如果获得更准确的数据的话,我们得到的结论还会更准确。”
