最簡單的方法是定義某個致命的極限撞擊速度,然後考慮重力加速度常數以外的所有其他因素(表面特性,受試者的體形等)。我們也可以忽略空氣阻力以使其更簡單,因為我們對在月球上跳高的安全高度比在地球上跳高更感興趣。再加上這麼小的高度的空氣阻力也不會改變我們的結果。
為了爭辯,讓我們假設我們有一個碰撞測試假人,如果它會影響到它,不會破裂。地面時速不超過60 km / h。在地球的平均海平面重力加速度( 9.80665 m / s 2 sup>)處,以14.16 m的高度跳躍,自由落體持續時間為1.7 s在影響之前。我使用在線自由落體和恆定加速度計算器作弊,但是沒有空氣阻力的自由落體的數學方法如下:
$$ v(t)=-gt + v_ {0} $$ $$ y(t)=-\ frac {1} {2} gt ^ 2 + v_ {0} t + y_0 $$
其中
- $ v_ {0} $是初始速度(m / s)。
- $ v(t)$是垂直速度,其中相對於時間(m / s)。
- $ y_0 $是初始高度(m)。
- $ y(t)$是相對於時間(m)的高度
- $ t $是經過的時間(s)。
- $ g $是重力引起的加速度(在地面附近為9.81 m / s 2 sup>
我們可以從這兩個方程式導出我們需要的所有其他信息,如果您需要在這部分中提供更詳細的答案,請告訴我。繼續前進,現在讓我們看看在月球表面達到60 km / h的跳躍高度時會發生什麼。月球的平均表面重力加速度為 1.622 m / s 2 sup>。將其插入在線恆定加速度計算器(插入加速度,開始速度為0 km / h和結束速度為60 km / h)後,我們將得到:
- 從85.63 m的高度跳/ li>
- 自由落體時間10.28 s
重新計算問題編輯後的110 mph(177 km / h)撞擊速度:
- 從月球745.41 m(2,445.58 ft)的高度躍升到123.29 m(404.49 ft)在地球上
- 月球的自由落體時間為30.32秒,地球上的自由落體時間為5.01秒
,時速為116 mph(187 km / h), 相等於4,000 N的力撞擊170磅(77.11 kg)物體:
- 從月球上的829.49 m(2,721.42 ft)高處跳下137.2 m地球上(450.12英尺)
- 月球的自由落體時間為31.98秒,地球上的自由落體時間為5.29秒
編輯以添加 >:我計算的這兩個最後的撞擊速度(110和116 mph)均超過80.85 mph(130.12 km / h)(有關詳細信息,請感謝@LorenPechtel!)是自由飛行的跳傘者在月球上的最終速度,如果所有其他條件在地球和月球上都保持不變(跳傘者的質量,阻力係數,流體密度,墜落物體的投影面積)。即這將意味著相等的大氣條件,沒有宇航服,並且對於跳傘者來說,其在地球上的終極速度為320 km / h(200 mph或90 m / s),如 Wikipedia終極速度示例中所述。
因此,如果我們接受人類可以在給定的速度(110和116 mph)下經受住撞擊,那麼月球的引力不足以抵消1個大氣壓的大氣阻力到這種速度,以致於在撞擊中殺死您。即在這種情況下,跳下的最大可生存高度理論上是無限的。實際上,您將不得不處理大氣折返過程中釋放的熱量,而不是最終速度,這完全變成了另一個問題。當然,這是行不通的,因為月球沒有足夠的重力和磁場來承受像地球一樣的大氣壓。和地球上相同的大氣密度:
$$ v _ {(M)} = 0.4067 \ cdot v _ {(E)} $$
其中$ v _ {(E)} $是地球重力的終極速度。源自:
$$ v = \ sqrt {\ frac {2mg} {\ rho A C_d}},\ x = \ frac {2m} {\ rho A C_d} $$
其中$ x $表示物體的恆定質量,阻力係數,流體密度和下落物體的投影面積。因此:
$$ {v _ {(M)}} ^ 2 = \ frac {g _ {(M)} {v _ {(E)}} ^ 2} {g _ {(E)}} \ Rightarrow {v _ {(M)}} ^ 2 = \ frac {1.622} {9.80665} \ cdot {v _ {(E)}} ^ 2 \ Rightarrow v _ {(M)} = \ sqrt {0.1654 \ cdot {v_ {(E)}} ^ 2} $$
再次使用維基百科引用的值,從腹部到地球(即面朝下)的自由落體位置地球重力可達到的終極速度僅為195 km / h(122 mph或54 m / s)。在月球上,使用我們的轉換值0.4067,這等於79.3 km / h(49.6 mph或22 m / s)。我仍然會爭辯說,由於缺乏植被和月球上沒有風化(陡峭)的地形,這是無法生存的,但這是值得深思的。對於170磅,該“僅”衝擊力為 1,710牛頓。運氣好的話,它落入了月球塵埃的深處,沒有更大的巨石,因此可能是可以生存的。
不過,另一種想法是,我們的受試者是雜技演員,他們可能會憑藉自己的力量實現如此高度的跳躍。因此,它們首先必須克服相同的重力加速度,然後再嘗試在撞擊時殺死它們。關鍵是,如果您無法在地球上跳到致命的高度,您也將無法在月球上做到這一點。因此,假設所有其他條件都相同,受傷和死亡的頻率應大致相同,並且不會因停留在地球重力的1/6左右而導致嚴重的骨密度損失。當然,骨骼密度的喪失通常伴隨著肌肉萎縮,因此跳高的能力也會降低。