“看不見的盒子”里的物理知識

魏來

“看不見的盒子”挑戰(zhàn)

操場上，一位女生站得筆直，過了一會兒，她彎下腰，用右手摸了摸她的前方，那里似乎放著個看不見的物體。她直起腰，抬起右腿，右腳似乎踩在了這個看不見的物體上，左腿奮力一躍，整個人在空中停滯了一瞬，然后向前落地。

這是美國社交網(wǎng)絡(luò)上風靡一時的視頻，視頻出自美國德克薩斯州一所高中的拉拉隊長，視頻中的女生就是這位拉拉隊長。而她所做的，就是廣受歡迎的“看不見的盒子”挑戰(zhàn)。你大概不會為此發(fā)出驚嘆，因為你也許會認為那里確實存在著一個盒子，只是因為它是透明的，所以視頻上看不出來，又或者是在制作視頻的過程中，人為地將盒子抹去。

然而，那個“盒子”的的確確是不存在的，她的膝蓋前方只有空氣。當然，視頻拍攝的地點不是火星不是月球，也不是任何失重的地方，而是地球上某一所中學的操場上，她的確在空中停滯了，在重力存在的情況下。

這似乎很神奇，這位女生是否有超能力？一時間，人人都想嘗試一番，掀起了一股挑戰(zhàn)熱潮。

“看不見的盒子”科學嗎？答案是肯定的。

“盒子”里的物理

一位物理學家用視頻分析技術(shù)分析了女生上傳的視頻。首先，他繪制出了垂直方向上女生右腳的位置隨時間推移的變化圖。整個動作的過程持續(xù)了0.8秒，從繪制出的圖像可以看出，女生右腳在大約0.35秒至0.55秒這段時間內(nèi)高度沒有發(fā)生變化，處于靜止狀態(tài)。也就是說，她的右腳在空中停滯了大約0.2秒。0.2秒似乎非常短暫，但這0.2秒已經(jīng)能夠給人留下她懸空的印象，并且我們眼睛的關(guān)注點、注意力的集中點就在她的右腳上，所以能夠很快地捕捉到這0.2秒的停留。

我們知道盒子并不存在，女生的運動可以看作是拋物運動，忽略空氣阻力，她在運動過程中，垂直方向上只受重力作用，所以，她應(yīng)該持續(xù)地以9.8m/s2的加速度下落，但是，為什么她整個人在以這樣的加速度下落，右腳卻能夠保持靜止呢？

其實答案并不復(fù)雜，下落的是她的重心，而她整個人的重心并不在右腿上。如果你觀察的是女生的左腿或者是她的軀干，你就會發(fā)現(xiàn)其實她并沒有靜止。能夠做到短時間內(nèi)重心下落，而局部保持靜止，雖然這個時間可能很短暫，但這個空中停滯的表演是完全可行的。

這位物理學家再次使用視頻分析技術(shù)，根據(jù)女生整體的質(zhì)量分布，繪制出了整個運動過程中她的四肢及軀干的重心隨時間變化的圖像。從圖像上，可以很明顯地看出，她的軀干重心的移動路線呈拋物線，而相較于其他部分，她右腿的重心位置幾乎沒有什么變化。她的左腿重心位置大約在前0.33秒的時間內(nèi)一直低于右腿重心，在0.33～0.6秒這段時間內(nèi)則高于右腿重心，顯然在這段時間內(nèi)，左腿跳得很高。也就是說，右腿姿勢不變，左腿做了完成了整體的彈跳動作。

從視頻上看，要完成這樣一個動作似乎挺簡單，其實，這并沒有看上去那么容易。想要挑戰(zhàn)成功“看不見的盒子”首先要具備兩個條件。

第一，要跳得夠高。你跳得越高，能夠維持靜止的時間就越長。因為你的整體是做拋物運動的，跳得高了，重心下落的時間就越長。如果想要在空中停留0.5秒，那你大概要跳30厘米高。這個高度看起來并沒有那么高，但其實沒那么容易達到。

第二，你需要很好的彈跳力。為了實現(xiàn)“看不見的盒子”，你需要保持一條腿幾乎靜止，也就意味著你只能用另一條腿進行跳躍，這就需要考驗?zāi)愕膹椞芰α恕?/p>

明白了其中的物理原理，你是否躍躍欲試了呢？開始挑戰(zhàn)“看不見的盒子”吧。

挑戰(zhàn)“看不見的盒子”

首先，用手摸一摸你的前方，造成盒子存在的假象，讓觀眾相信那兒有一個看不見的盒子，當然，你也可以說服自己盒子的確存在，畢竟有時候心理作用十分強大，說不定就能夠幫助你挑戰(zhàn)成功。

其次，屈起你的一條腿，固定好。記住好像腳踩盒子頂部，收緊腿部肌肉。然后起跳吧，用你的另一條腿奮力跳躍，讓它高于靜止的那條。最后落地，恭喜你，挑戰(zhàn)成功。

對于運動員、舞者和經(jīng)常練普拉提或瑜伽的人來說，完成“看不見的盒子”挑戰(zhàn)更容易一些，因為他們通常有強壯、發(fā)達的髖部來支撐維持腿的位置靜止。而其他人，多加練習，挑戰(zhàn)成功也并非不可能。

請接收“看不見的盒子”挑戰(zhàn)，跳躍吧！