00:00蜘蛛人以擺盪下墜方式踢破玻璃

電影場景中,蜘蛛人從一定高度擺盪下來後,將玻璃撞破。這個電影畫面為可能發生抑或只是想像的場景?

00:35從電影畫面聯想到能量轉換

觀察電影畫面中蜘蛛人的下墜方式如同單擺擺蕩一樣,聯想到在不考慮其他因素下,單擺擺盪過程中的位能與動能會做能量轉換。而蜘蛛人擺盪到最低點的能量(動能),應來自其位能的減少。

02:30實驗前查找相關背景資料

實驗前先確認玻璃種類與厚度為10mm的強化玻璃,接著查找此玻璃被撞破的能量條件為9平方公分上施加45J即可撞破。推算蜘蛛人的腳底面積為135平方公分,因此撞破此面積的玻璃需要675J。

而蜘蛛人踢破玻璃的675J能量來自位能的轉換,假設蜘蛛人為60kg,因此蜘蛛人需要下落1.15m,以產生675J的能量。

03:43實驗以啞鈴擺盪撞擊強化玻璃

根據實驗前的計算,使用60kg的啞鈴從1.15m高處擺盪下落能撞破10mm強化玻璃。但實驗發現整體結構不穩,導致強化玻璃產生位移,分散撞擊能量。並且啞鈴們的串接方式使得質心上移,整體啞鈴質心的下降高度不到1.15m,位能轉成動能的量比預計少。

05:32改用重物直接撞擊

由於前述實驗沒有成功撞破玻璃,因此改變實驗方式,直接用推動重物產生動能撞擊。經過計算,60kg的推車要產生675J的動能,需要推車速度達到4.7m/s。但要推動60kg的推車達到速度4.7m/s很困難,因此將撞擊的面積改為18平方公分,這樣60kg的推車達到3m/s的速度即可將18平方公分的玻璃撞破。但實驗後發現,玻璃仍屹立不搖。

08:15實驗心得

實驗發現不論以單擺下落或是直接推動推車撞擊,都無法撞破強化玻璃。反省兩者的實驗裝置都有結構不穩的問題。但就算改善了結構,蜘蛛人的腳是否能承受那麼大的撞擊力道,這是可以思考的。