[科普中國(guó)]-跳傘么？不背降落傘的那種？

一個(gè)人不背降落傘，從7500米高空跳下來(lái)還能安然無(wú)恙嗎？答案是可能，只要你在落地時(shí)的減震裝置足夠好就行。

美國(guó)跳傘運(yùn)動(dòng)員盧克·艾金斯曾經(jīng)不背降落傘，從7620米高空跳下，成功落入安全網(wǎng)中，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。

他是如何做到的呢？除了高超的跳傘技巧，最重要的莫過(guò)于地面幫他減速的安全網(wǎng)。那么安全網(wǎng)會(huì)如何保護(hù)運(yùn)動(dòng)員的安全？落入安全網(wǎng)和直接落在地面上有多大的區(qū)別？

艾金斯入網(wǎng)過(guò)程

（圖片來(lái)源：https://www.youtube.com/watch?v=aOBavry0K2E）

從高空跳下，有多危險(xiǎn)？

大家都知道，從高空跳下，因?yàn)橹亓铀俣鹊淖饔?，將在落地時(shí)達(dá)到很高的速度。有多高？

從視頻里明顯可以看出，剛開(kāi)始，安全網(wǎng)并不是處于緊繃的狀態(tài)。艾金斯入網(wǎng)時(shí)的速度非常高，從接觸安全網(wǎng)到完全減速至零，整個(gè)過(guò)程中他大約前進(jìn)了15米，用時(shí)大約1.3秒。我們假設(shè)艾金斯入網(wǎng)后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)減速時(shí)間和減速距離可以計(jì)算出，入網(wǎng)時(shí)，艾金斯的初速度約為23m/s，速度達(dá)到了82.8km/h！

在這樣高的速度下，我們假設(shè)他的體重為75kg，那么，通過(guò)動(dòng)能定理可以計(jì)算得到，他在減速過(guò)程中的平均受力為1322N，相當(dāng)于體重的1.76倍。

這種情況下，如果艾金斯直接落在地面上會(huì)發(fā)生什么呢？

很明顯，相比安全網(wǎng)，地面非常堅(jiān)硬，即使它被重物砸到也不會(huì)發(fā)生巨大的形變。

我們假設(shè)人直接落在地上造成的形變?yōu)?.1m，相應(yīng)的減速距離也是0.1m。通過(guò)類似的方法我們可以計(jì)算得到人體平均受力約為200000N，這相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)員體重的約270倍。一般來(lái)說(shuō)，人的距骨（人體最大承重關(guān)節(jié)組成部分）可以承受大約13000N的壓力，可見(jiàn)如此大的力已經(jīng)足以把人體骨骼壓斷。一般我們把從高處跌落造成的傷害稱為墜跌傷，墜跌傷通常在體表只有輕微傷害，而內(nèi)部則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)臟破裂和骨折。尤其當(dāng)墜落高度較高時(shí)，墜跌傷的損傷程度會(huì)很重，如顱骨嚴(yán)重粉碎變形、腦組織重度挫裂，甚至外溢；肋骨或四肢骨折；胸腹內(nèi)臟破裂，甚至肢體斷裂。

當(dāng)然，這些慘劇并沒(méi)有發(fā)生，艾金斯穩(wěn)穩(wěn)落入了地面上的安全網(wǎng)。

創(chuàng)下世界紀(jì)錄，離不開(kāi)安全網(wǎng)

從高空跳下的運(yùn)動(dòng)員要想安全落地，就必須緩慢地從高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)減速到靜止?fàn)顟B(tài)，要達(dá)到這樣的效果就需要減速裝置穩(wěn)定地提供緩沖。

這樣說(shuō)來(lái)，好像需要很高端的裝備才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。但實(shí)際上，一張安全網(wǎng)就能做到。

讀者可能會(huì)問(wèn)，安全網(wǎng)這么神奇嗎？它的材料是不是也很神奇呢？

其實(shí)在科技高速發(fā)展的今天，安全網(wǎng)的材料可能真的稱不上神奇，一般的化纖材料就可以滿足艾金斯這個(gè)案例中所用的安全網(wǎng)的需求。

那它是怎么幫助艾金斯從80多公里的時(shí)速安全減速至靜止?fàn)顟B(tài)的呢？從視頻的結(jié)尾也可以看出，網(wǎng)自身并沒(méi)有特別強(qiáng)的彈性。但是需要注意的是，一方面，在艾金斯落在安全網(wǎng)里之前，安全網(wǎng)的表面并不是平整的，這意味著大網(wǎng)處于松弛狀態(tài)，所以它可以通過(guò)改變自身形狀來(lái)延長(zhǎng)減速距離。

另一方面，**網(wǎng)很大（長(zhǎng)寬各30米），這意味著網(wǎng)的質(zhì)量也很大，**因此盡管它吸收了艾金斯巨大的動(dòng)量，也不會(huì)變得速度很大，這也保證了艾金斯的安全。網(wǎng)大帶來(lái)的另一個(gè)效果就是它讓網(wǎng)變得更有彈性，也就是勁度系數(shù)更小。讀者應(yīng)該有這樣的體驗(yàn)：同樣粗細(xì)的彈簧，長(zhǎng)度越長(zhǎng)越容易被拉開(kāi)。這樣可以讓整個(gè)減速裝置顯得更軟，提供更高的安全性。

正是這些原因，幫助艾金斯安全著陸。

除了安全網(wǎng)，還有哪些安全裝置？

在接住高空墜落的人時(shí)，安全網(wǎng)并不是唯一的選擇。

另外一個(gè)選擇是安全氣墊。

救生氣墊（圖片來(lái)源：www.bo-can.com）

安全氣墊和安全網(wǎng)的原理是一樣的，不同的是安全氣墊利用壓縮空氣的彈性來(lái)進(jìn)行減速。當(dāng)人墜落在安全氣墊上時(shí)，氣墊里的空氣由于氣墊形狀的變化受到壓縮，壓縮的空氣具有一定的彈性從而給人體提供緩沖。而且安全氣墊一般都很厚，因此它能提供足夠的減速空間。另外，安全氣墊的側(cè)面一般會(huì)有排氣口，這樣可以適量排出被壓縮的空氣從而使氣墊表面一直保持比較松弛的狀態(tài)，不然人落在氣墊上會(huì)被彈飛造成二次傷害。

可以看出，要想讓高空墜落的人安全落地，必須滿足至少兩個(gè)條件：**松弛或柔軟的表面，能夠進(jìn)行形變，從而提供緩沖，讓人的速度慢慢地降到0；彈性不能太強(qiáng)，這樣才能接住人，不至于把人彈飛造成二次傷害。**除了接住高空墜落的人，這一原理還有著廣泛的應(yīng)用，比如火箭回收、高空救援和汽車安全氣囊等等場(chǎng)景中。

對(duì)了，還需要足夠長(zhǎng)的減速距離。在《超凡蜘蛛俠2》中，盡管用蜘蛛俠用蜘蛛絲黏住了女主格溫·斯坦西，但無(wú)奈減速距離過(guò)短，最終還是沒(méi)能挽救她的生命。

超凡蜘蛛俠2 救人（圖片來(lái)源：電影《超凡蜘蛛俠2》)

最后提醒大家，正如我們前文所說(shuō)的，艾金斯的安全著陸，離不開(kāi)他高超的跳傘技巧，否則即使從幾十米的高空跳下，也難以保證能準(zhǔn)確落入安全網(wǎng)中。危險(xiǎn)動(dòng)作，請(qǐng)大家切勿模仿。