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カンフーマスターの飛躍はインターネットを破壊するが、物理学は破壊しない

インターネットビデオなしで何をしますか?それはただのネコのミームだけでなく、この男のシャオ・チャンのような驚くべき人間でもあります。 この短いクリップでは、カンフーの戦闘機が地面から数フィート離れたバケツの水の上に跳ね上がり、トランポリンのように水面から跳ね返ります。

それはもちろん幻想ですが、驚くべき力と運動能力によってのみ可能になります。方法がわかっていても、見た目はクールです。だから私はあなたに前もって手がかりを与えます:彼が空を飛ぶとき、彼の体の真ん中あたりの場所を見てください。

うん、彼が地面から押し出されると、重心は実際には通常の放物線の軌跡をたどります。あなたがボールを空中に投げたときのように、その時点で彼に作用する唯一の力は、地球との重力相互作用です。つまり、彼は一定の下向きの加速を持ち、その慣れ親しんだ道を作り出します。このレベルでは、通常の発射体の動きです。

しかし、彼は単なる剛体のボールではありません。彼が空中を移動するとき、彼の体はまだ働いており、そこで魔法が起こります。それを整理するために、このクリップをTrackerビデオ分析アプリで実行しました。

Plotting the Motion

通常、空間を介して何かの動きを追跡するビデオ分析を行うとき、各フレームの垂直位置を時間の関数としてグラフ化します。しかし、この場合には問題があります。誰かがこのクリップのフレームレートを明らかに混乱させて、「ウォータージャンプ」部分を強調しています。つまり、安定した時間スケールを取得できないことを意味します。

代わりに、各フレームの垂直位置を水平位置に対してプロットしてみませんか?重力のみが作用する状態で物体が空中を移動している場合、水平速度は一定になります。これは、放物線グラフが得られることを意味します。分析が少し難しくなります。

ここで行ったことは、彼の体の3つの異なる部分の動きを追跡することです。彼の頭、彼の足、そして彼の重心。通常、重心は人の腹の周りにありますが、腕と脚を上下に動かすと変化するため、これは大まかな見積もりです。

それをチェックしてください:重心(COM)は予想される放物線の経路に従います。しかし、彼の足を見てください。彼らはトップに到達し、下に動き始めます。そして、彼が本当に水から飛び降りているかのように、彼らは再び跳ね返ります。このグラフが示すように、実際に何が起こっているのかは、彼が足を頭の近くの体から強く押し離していることです。それらを引き戻します。

invisible box challenge”数年前から??これは基本的にそのトリックの水バージョンです。

Internal Forces

しかし、待ってください-このようなクレイジーなジャンプをモデル化できますか?はい、できます、モデル化できるまで何かを本当に理解していないからです。クレイジーな複雑さなので、基本は2つだけです。頭と足の2つの可動部分です。これら2つの部分をボールとして表現し、それらの間の重心を見つけることができます。 )ここでは、剛体でジャンプがどのように見えるかを知っています。剛体でジャンプすることはできませんが、ここで一緒に行ってください。黄色のボールは頭、赤いボールは足、白いボールは重心を表します。e放物線状の軌道で移動します。 (これがどのように行われるかを見たい場合、このアニメーションのコードを次に示します。)

イラスト:Rhett Allain

さて、どうしたいのか足を上下に動かして、そのクレイジーなウォータージャンプを動かしますか?これは少し複雑です。覚えておいて、彼が地面を離れると、男に作用する唯一の外力は重力であるため、頭-足システムの重心(人としても知られている)は 放物線の軌跡をたどります。必要なのは、そのシステム内の内部力です。

運動量の原理から始めて説明しましょう。これは、システムに対する正味の力が運動量の変化率に等しいことを示しています。このような:

イラスト:Rhett Allain

今、身体の部分を見ると人全体のシステム内、足を頭に向かって引く力があると仮定します。このように見えるかもしれません。

イラスト:Rhett Allain

力は常にペアで来ることを忘れないでください。すべての力は2つのオブジェクト間の相互作用であるため、頭が足を引っ張る力(Fh–f)は、足が頭を引っ張る力に等しい(Ff–h)。

これら2つの力は大きさが等しいが、方向、それらはシステム全体の重心の動きに影響を与えません。しかし、頭が足よりも重い場合、頭の動きは少なくなります。それがまさに強制の仕組みです。

錯覚を完成させる

これをモデルに組み込みましょう。モデルに任意の力を加えることができます。唯一の制約は、頭と足を等しく引っ張らなければならないことです。スプリングスはそれをします!頭と足をつなぐバネがあると想像してください。伸びた状態で開始すると、ジャンプする男のように、足を頭に向かって引き上げます(

、その後、私は魔法のように置き換えますそのバネは、足と頭を押し離して偽の水ジャンプの動きをモデル化する別のものと一緒になります。最後に、そのスプリングを、足と頭を引き寄せて錯覚を完成させるスプリングに置き換えます。 (ああ、ここにコードがあります。さまざまなパラメーターを使って遊び、それがどのように変化するかを見ることができます。)

繰り返しますが、このスプリング交換がおかしく聞こえるのは問題ではありません。重要なことは、頭と足にかかる力が等しいことだけです。これにより、頭と足のシステムの重心が放物線状の軌道に維持されます。モデルを動作中に設定すると、次のようになります:

イラスト:Rhett Allain

ブーム。それは完璧ではありませんが、足に焦点を合わせると、ビデオを見ているときに私たちの目がそうする傾向があると思いますが、ジャンプが2回あるように見えます。

位置データを出力し、モデルの頭、足、重心の軌跡をプロットしました。これは単なる推定ではなく、実際の重心です:

イラスト:Rhett Allain

結局のところ、これは不可能なジャンプではありません。少なくともXiao Qiangのような人にとってはそうではありません。私たちのほとんどにとっては、そうかもしれません。


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