本文由501 茶發(fā)女孩灰原哀創(chuàng)作完成，發(fā)布于柯研所社交媒體，未經(jīng)授權(quán)請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載

大家好，這里是柯研所501號(hào)研究員茶發(fā)女孩灰原哀。在劇場(chǎng)版M5《通往天國(guó)的倒計(jì)時(shí)》中，少年偵探團(tuán)打算開著留在會(huì)場(chǎng)的紅色跑車從所在的大樓沖到對(duì)面大樓樓頂?shù)乃乩铩Ｔ诳履咸岢鲞@個(gè)方案后，灰原哀首先對(duì)這個(gè)方案提出了質(zhì)疑，理由是經(jīng)過(guò)她的計(jì)算，汽車無(wú)法沖去對(duì)面大樓的水池。那么，這里面用到了什么物理知識(shí)呢？

首先我們先來(lái)復(fù)習(xí)以下一些常見物理量：

時(shí)間t（單位s），在《名偵探柯南》中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有人問(wèn)現(xiàn)在是幾點(diǎn)了這樣的一幕。比如警察在逮到犯人時(shí)經(jīng)常會(huì)看一下手表并說(shuō)出幾時(shí)幾分幾秒某某某被逮捕【例如M22《零的執(zhí)行人》風(fēng)見警官逮捕毛利大叔時(shí)】：

這里的時(shí)間想表達(dá)的是現(xiàn)在所在的具體時(shí)間。它就好比時(shí)間軸上的一個(gè)點(diǎn)或者時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中一瞬間指針?biāo)谖恢?，我們將這種時(shí)間稱為時(shí)刻，比如下午15:00、晚上21:00，這些都是時(shí)刻。然而，我們生活中有時(shí)說(shuō)的時(shí)間，指的并不是某一個(gè)具體的時(shí)間點(diǎn)，而是某一個(gè)時(shí)間段。比如劇場(chǎng)版M5《通往天國(guó)的倒計(jì)時(shí)》中玩的數(shù)30秒的游戲此處的30秒就是指的一個(gè)時(shí)間段，這個(gè)30秒是游戲開始的時(shí)刻和游戲結(jié)束的時(shí)刻之間的時(shí)間差，我們將其稱為時(shí)間間隔。

介紹完時(shí)間后我們來(lái)介紹位移，位移x（研究水平方向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)一般用x，單位m），位移是一個(gè)矢量，它既有大小也有方向，它畫在圖上就是初位置指向末位置的有向線段，位移的大小與我們常說(shuō)的距離（標(biāo)量）有所不同，比如繞400m跑道跑一圈運(yùn)動(dòng)的路程是400m，但是位移大小是0（因?yàn)槌跄┪恢孟嗤?，因此?dāng)做單方向的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)位移大小和距離是一樣的。

速度v（單位m/s）是矢量，它同樣既有大小又有方向。速度的大小也叫速率，因此我們不難發(fā)現(xiàn)速率是標(biāo)量，僅有大小而沒有方向。常見的速度有平均速度和瞬時(shí)速度：平均速度的計(jì)算方法是位移÷時(shí)間（時(shí)間間隔），而瞬時(shí)速度是矢量，指某一時(shí)刻的速度，例如在劇場(chǎng)版M22《零的執(zhí)行人》中安室透開跑車某一時(shí)刻跑車儀表盤上的碼數(shù)就是那個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小。

簡(jiǎn)要列舉基本的物理量后，我們便能將其運(yùn)用到劇場(chǎng)版的實(shí)際案例中。如果將少年偵探團(tuán)坐車沖出大樓的過(guò)程轉(zhuǎn)化為物理模型，我們可以近似將其看成是平拋運(yùn)動(dòng)。

??在研究平拋運(yùn)動(dòng)之前我首先需要了解一些與之相關(guān)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。

我們?cè)谛W(xué)應(yīng)用題中經(jīng)常會(huì)遇到算走了多少直線距離的題目，而我們求算運(yùn)動(dòng)的距離的方法往往是用速度×?xí)r間，比如某物體以5m/s的速度向東運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)2s運(yùn)動(dòng)后一共向東運(yùn)動(dòng)了5×2=10m，我們稱這樣的運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)。但是這種運(yùn)動(dòng)在我們的生活中并不常見。

??當(dāng)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，問(wèn)題前進(jìn)的距離可以等于速度大小和運(yùn)動(dòng)時(shí)間的乘積，但是如果速度不是一成不變，而是會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，則求勻速直線運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)距離的辦法就不管用了。此時(shí)需要引入變速直線運(yùn)動(dòng)的概念。

我們把速度隨時(shí)間均勻變化的直線運(yùn)動(dòng)稱為變速直線運(yùn)動(dòng)，而上面舉的速度隨時(shí)間均勻增大的變速直線運(yùn)動(dòng)的例子，被稱為勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

要研究勻加速直線運(yùn)動(dòng)，我們需要了解加速度，加速度一般用a表示（單位m/s2?），是一個(gè)矢量。當(dāng)物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度等于速度的增量，除以時(shí)間間隔。例如：物體向東做初速度為1m/s，加速度為2m/s2的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，即理解為物體在t=0s時(shí)速度為1m/s，之后速度的大小每秒增加2m/s，故t=0.5s時(shí)速度為1+2×0.5=2m/s。

在了解了時(shí)間、位移、速度、加速度后，我們便可以來(lái)分析它們四者之間的關(guān)系：假設(shè)某物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其初速度為v0，末速度為v，加速度為a，時(shí)間間隔為t，位移為x，平均速度為，那么就有v=v0+at，x=v0t+1/2at2，v2-v02=2ax，2v-=v0+v。

我們將初速度為0m/s加速度為重力加速度g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)稱為自由落體運(yùn)動(dòng)。重力加速度是矢量，它的方向總是豎直向下的，它的大小可以用實(shí)驗(yàn)方法求出。實(shí)驗(yàn)證明：重力加速度的大小隨其在地球上地點(diǎn)的不同而略有差異。例如在赤道上g=9.780?m/s2，在北極g=9.832m/s2，在北緯45°的海平面上g=9.807m/s2，在北京g=9.801m/s2等。通常在沒有明確說(shuō)明的時(shí)候g取9.8m/s2。在進(jìn)行粗略的計(jì)算或有說(shuō)明時(shí)可以把g取作10m/s2。在地球上同一地點(diǎn)，重力加速度是一個(gè)恒定的矢量。這就決定了自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。劇場(chǎng)版M13《漆黑的追蹤者》柯南跳東京塔若忽略空氣阻力柯南從最高點(diǎn)豎直下落到腰帶開始收縮產(chǎn)生拉力之前可以近似看成自由落體運(yùn)動(dòng)。

下面我們來(lái)介紹平拋運(yùn)動(dòng)：平拋運(yùn)動(dòng)是指在t=0s時(shí)刻有一個(gè)水平方向的初速度加速度始終為重力加速度g的運(yùn)動(dòng)，而若t=0s時(shí)刻有一個(gè)水平方向的初速度加速度方向豎直向下且大小方向不發(fā)生變化時(shí)，則其被稱為類平拋運(yùn)動(dòng)。

在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，人們通常將平拋運(yùn)動(dòng)分解成水平方向的運(yùn)動(dòng)和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)（平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立互不干擾），因?yàn)槠綊佭\(yùn)動(dòng)初速度方向水平（豎直方向初速度為0m/s），加速度為重力加速度g（故水平方向加速度為0m/s2）,所以當(dāng)物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)且水平方向速度等于初速度，下豎直方向上做初速度為0m/s,加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)（自由落體運(yùn)動(dòng)）。

現(xiàn)在我們回到劇場(chǎng)版M5《通往天國(guó)的倒計(jì)時(shí)》中的畫面，當(dāng)飛出柯南他們所在樓時(shí)可以近似看成是平拋運(yùn)動(dòng)（忽略空氣阻力等的影響），如果我們假設(shè)柯南他們?nèi)ニ诘碾p子樓的樓層和對(duì)面大樓（柯南他們想要到得到大樓）之間的高度差為s，根據(jù)上面提到的公式可以得到：

根據(jù)灰原的計(jì)算，下落20m，時(shí)間需要約2.02s，然而要在2s左右時(shí)間跑兩棟大樓之間的水平距離60m，水平初速度得要30m/s，換成時(shí)速就是108km/h，但是從柯南他們所在會(huì)場(chǎng)的大小來(lái)看，在沖出大樓時(shí)無(wú)法獲得30m/s的初速度，因此她一開始認(rèn)為柯南的想法行不通。最后柯南利用爆炸增大了初速度從而成功沖到了對(duì)面的大樓。

審核：

柯研中心

作者：

501? 茶發(fā)女孩灰原哀