關(guān)于1級到12級風(fēng)的區(qū)分方法,還依稀記得小時候課文里的《風(fēng)級歌》順口溜(版本略有差異):零級煙柱直沖天;一級青煙隨風(fēng)偏;二級輕風(fēng)吹臉面;三級葉動紅旗展;四級枝搖飛紙片;五級小樹隨風(fēng)彎;六級舉傘有困難;七級迎風(fēng)走不便;八級風(fēng)刮樹枝斷;九級屋頂飛瓦片;十級拔樹又倒屋;十一二級陸上很少見。
最近,北京等地刮起了 13級大風(fēng),風(fēng)速高達(dá) 37~41米/秒(相當(dāng)于動車全速行駛?。?,是北京有史以來最強(qiáng)風(fēng)之一。到底風(fēng)有多大?小編在撰寫這篇文章的時候,就能感覺到樓在搖晃!
朋友圈里除了曬“風(fēng)中凌亂”的發(fā)型(圖1),還流傳著各種靈魂拷問。
圖1 都是誰在風(fēng)中凌亂
“北京的大風(fēng),能把人吹飛嗎?”“我100斤,會不會被吹跑?”“為什么瘦子抱柱子,胖子穩(wěn)如泰山?”“站在高樓側(cè)面,感覺風(fēng)在‘吸’我,是幻覺嗎?”
今天,我們就用“物理+數(shù)學(xué)”的簡單方法,幫你算出自己的“抗風(fēng)戰(zhàn)斗力”,順便揭秘:風(fēng)到底是在“推”你,還是在“吸”你?
一、風(fēng)的“推人術(shù)”——正面風(fēng)壓沖擊
1.風(fēng)壓公式:風(fēng)的力量有多大?
風(fēng)推你的力量,可以用 “風(fēng)壓公式” 計算:
其中,ρ:空氣密度(≈1.225kg/m3,相當(dāng)于一瓶礦泉水灑在空中);v:風(fēng)速(13級風(fēng)取40 m/s,比F1賽車還快!);A:你的迎風(fēng)面積(正面投影,后文教你算);Cd:風(fēng)阻系數(shù)(站立約1.2,穿蓬松羽絨服可能飆升到1.8?。?。
舉個栗子:一個身高1.7米、體重70公斤的普通青年,迎風(fēng)面積約 0.8 m2(相當(dāng)于半扇門),那么受到的風(fēng)推力為:
翻譯成人話:相當(dāng)于一個 96公斤的壯漢猛推你胸口!
2.你的體重能抗住嗎?——穩(wěn)如泰山的臨界條件
風(fēng)想吹跑你,必須克服你的體重產(chǎn)生的摩擦力。簡單來說:
抗風(fēng)下限:體重≥F推 /摩擦系數(shù)。
如果橡膠鞋底與水泥地的摩擦系數(shù)≈0.6,那么被風(fēng)吹走的臨界體重=96/0.6≈160公斤。
結(jié)論:除非你身背兩袋水泥,否則13級風(fēng)下,光靠體重絕對穩(wěn)不?。?/p>
現(xiàn)實抗風(fēng)生存策略: 降低重心(蹲下→迎風(fēng)面積減半,風(fēng)力暴跌);抱住電線桿(摩擦力暴增,參考樹懶抱樹);穿緊身衣(減少 Cd,避免變成“人形風(fēng)箏”)(圖2)。
圖2 根據(jù)體重,“各就各位”
二、風(fēng)的“吸星大法”——側(cè)面低壓抽吸
1.伯努利效應(yīng):為什么高樓旁的風(fēng)“吸人”?
你以為風(fēng)只會推?錯了!高速氣流會變身“吸塵器”。
當(dāng)風(fēng)擦過建筑側(cè)面時,流速飆升 → 氣壓驟降 → 周圍高壓空氣把你“擠”向低壓區(qū)。
那位看官說了,風(fēng)力大不是氣壓高嗎?怎么“氣壓驟降”了呢?這里就不得不提到“伯努利定律”。簡單來說就是,“流體(如空氣、水)速度越快的地方,壓力越??;速度越慢的地方,壓力越大。”如果不信,那你可以簡單地做個實驗:左右手各拿一張紙,平行排列,中間留個狹窄縫隙,然后沿著縫隙用力吹起。你想,這兩張紙會被吹開還是貼近?眼見為實,這兩張紙在氣流作用下向中間吸引(圖3)。這就是“狹管效應(yīng)”。
圖3 氣流速度高的地方,壓力低
伯努利定律的數(shù)學(xué)表達(dá)公式長這樣:
其中,P:靜壓力勢能(比如空氣對你的“擠壓感”);
:
動能(風(fēng)的“沖擊力”);ρgh:重力勢能(高空和地面壓力不同,但短距離可忽略)。說得簡單點兒,伯努利定律就是一個能量守恒定律。
在同一“海拔”高度h不變的情況下,伯努利定律的數(shù)學(xué)表達(dá)公式簡化版:
可見,速度 v 變大,壓力 P 就會變??!
根據(jù)上述伯努利定律可以推算一個人受到的吸力:
同樣的40 m/s風(fēng),吸力計算:
=0.5×1.225×402×0.8≈784牛頓(≈80公斤力)。
翻譯成人話:相當(dāng)于80公斤的隱形勢力把你往馬路中間吸拽!這誰能受得了啊!
2.為什么側(cè)面更危險?
推力和吸力的對比就好有一比:正面風(fēng)是“明槍”(你能看到并抵抗);側(cè)面吸力是“暗箭”(毫無防備,容易失衡)。
真實案例:2023年東京某車站,一名女子因強(qiáng)風(fēng)被吸向列車軌道(人體成了“創(chuàng)可貼”),所幸被欄桿卡住(報道稱風(fēng)速僅30m/s)。
這也是為什么禁止站立在離高速運(yùn)行的火車(其實包括任何東西)太近的地方的原因——高速運(yùn)動產(chǎn)生的吸力會把人吸到火車上!
三、抗風(fēng)戰(zhàn)斗力排行榜
1.不同體型的抗風(fēng)數(shù)據(jù)
網(wǎng)上已經(jīng)總結(jié)了不同體型的人的抗風(fēng)能力,參見下表。
為什么瘦子更容易起飛?體重**-面積比**是關(guān)鍵。50 kg的萌妹與100 kg的壯漢相比,前者每公斤體重受到的風(fēng)力是后者的 2倍。
暴擊結(jié)論:體重<120 kg,13級風(fēng)下,不找掩體=放飛自我;瘦子生存法則:把自己綁在路燈桿上(圖3)。
2.抗風(fēng)姿勢加成表
有人已經(jīng)總結(jié)了不同姿勢的等效體重加成能力,參見下表。
靈魂建議:“趴地>蹲下>站立”,參考企鵝對抗強(qiáng)風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)流程。
四、都市抗風(fēng)生存指南
高危區(qū)域:樓間窄道(“狹管效應(yīng)”風(fēng)速+30%);廣告牌下(風(fēng)壓+碎片攻擊雙重Buff);高鐵站臺(伯努利吸力+列車風(fēng)疊加)。
保命裝備:低配版——書包里裝磚頭(增加配重);高配版——登山扣+安全帶(把自己鎖在欄桿上);土豪版——直接住進(jìn)防風(fēng)掩體(比如銀行金庫)。
五、結(jié)語:尊重自然,科學(xué)抗風(fēng)
下次天氣預(yù)報說 “陣風(fēng)13級”,請自覺:
★掏出體重秤,確認(rèn)自己是否屬于“易飛人群”。
★遠(yuǎn)離高樓間隙,避免變身“人體風(fēng)箏”。
★如果必須出門,建議學(xué)習(xí)螃蟹—— 橫著走減少迎風(fēng)面積!
畢竟,在大自然面前,物理學(xué)才是終極生存法則。
(注:本文計算已簡化,實際風(fēng)力受湍流、陣風(fēng)等因素影響,請勿主動挑戰(zhàn)13級風(fēng)!)
除了上述體外的風(fēng)之外,人身體內(nèi)也有各種風(fēng)——傷風(fēng)、痛風(fēng)、中風(fēng)、抽風(fēng),而且更可怕。延伸閱讀,請關(guān)注我的個人微信公眾號“醫(yī)用生物力學(xué)”的文章:重整“四風(fēng)”──傷風(fēng)、痛風(fēng)、中風(fēng)、抽風(fēng)。