「看不見的盒子」里的物理知識

知識 08-13

「看不見的盒子」挑戰

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，那裡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，然後向前落地。

這是美國社交網路上風靡一時的視頻，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。你大概不會為此發出驚嘆，因為你也許會認為那裡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，又或者是在製作視頻的過程中，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分析了女生上傳的視頻。首先，他繪製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了0.8秒，從繪製出的圖像可以看出，女生右腳在大約0.35秒至0.55秒這段時間內高度沒有發生變化，處於靜止狀態。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秒已經能夠給人留下她懸空的印象，並且我們眼睛的關注點、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。

我們知道盒子並不存在，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，她應該持續地以9.8m/s2的加速度下落，但是，為什麼她整個人在以這樣的加速度下落，右腳卻能夠保持靜止呢?

其實答案並不複雜，下落的是她的重心，而她整個人的重心並不在右腿上。如果你觀察的是女生的左腿或者是她的軀幹，你就會發現其實她並沒有靜止。能夠做到短時間內重心下落，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，根據女生整體的質量分布，繪製出了整個運動過程中她的四肢及軀幹的重心隨時間變化的圖像。從圖像上，可以很明顯地看出，她的軀幹重心的移動路線呈拋物線，而相較於其他部分，她右腿的重心位置幾乎沒有什麼變化。她的左腿重心位置大約在前0.33秒的時間內一直低於右腿重心，在0.33~0.6秒這段時間內則高於右腿重心，顯然在這段時間內，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，這並沒有看上去那麼容易。想要挑戰成功「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。這個高度看起來並沒有那麼高，但其實沒那麼容易達到。

第二，你需要很好的彈跳力。為了實現「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，這就需要考驗你的彈跳能力了。

明白了其中的物理原理，你是否躍躍欲試了呢?開始挑戰「看不見的盒子」吧。