Werden Sie beim Gehen im Regen nasser oder beim Laufen im Regen?

Wenn es eines Tages regnet und Sie keinen Regenschirm und keinen Platz zum Schutz vor dem Regen haben, würden Sie dann lieber im Regen gehen oder laufen?

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Dies ist eine alte Frage, die im In- und Ausland zahlreiche Diskussionen ausgelöst hat. Auch die Sendung „Come On, Future“ von CCTV führte ein Experiment durch und kam zu dem Schluss, dass Laufen das Risiko verringert, im Regen nass zu werden. Auch die ausländische Sendung „MythBusters“ führte ein Experiment durch, und zwar zweimal, und kam zum gegenteiligen Ergebnis.

Der Grund hierfür liegt darin, dass in der Praxis viele Faktoren dieses Problem beeinflussen, wie Niederschlag, Windgeschwindigkeit, Geschwindigkeit des Menschen, Fläche und Form des Menschen usw., die die Versuchsergebnisse beeinflussen. Insbesondere wenn die Regentropfen ungleichmäßig fallen, wird die Zufälligkeit noch größer.

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Physikalisches Modell

Hier werde ich eine Analyse basierend auf einem einfachen physikalischen Modell durchführen. Das sogenannte physikalische Modell dient dazu, die wichtigsten Kerninhalte eines tatsächlichen komplexen Problems zu abstrahieren und dabei andere unwichtige Einflussfaktoren zu ignorieren. Wenn wir beispielsweise die Bewegung der Erde um die Sonne untersuchen, betrachten wir die Erde als einen Punkt und ignorieren die Berge und Flüsse auf dem Boden. Dies ist das Partikelmodell. Als Modell müssen wir einige Annahmen treffen, obwohl diese Annahmen möglicherweise nicht genau mit der tatsächlichen Situation übereinstimmen.

Annahme 1: Der Regen ist gleichmäßig, die Regentropfen sind unendlich klein und die Dichte ist überall gleichmäßig, und die Regenmasse pro Volumeneinheit beträgt ρ.

Annahme 2: Es weht kein Wind und die Regentropfen fallen mit einer konstanten Geschwindigkeit von v.

Annahme 3: Die Person bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit und die Bewegungsgeschwindigkeit ist u.

Annahme 4: Betrachten Sie den menschlichen Körper als Quader, wobei der Bereich vor dem Körper S1 und der Bereich über dem Kopf S2 ist.

Annahme 5: Das Ziel einer Person besteht darin, von Punkt A zu Punkt B zu gelangen, der L entfernt ist.

Mit den oben genannten Annahmen können wir die Berechnung durchführen. Wenn sich eine Person im Regen vorwärts bewegt, fällt Regen auf ihren Kopf und vor sie. Wir werden diese beiden Teile separat berechnen.

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Fundamentalanalyse

Als erstes müssen wir untersuchen, welcher Regen im Weltraum auf Menschen fällt. Wenn der Boden als Bezugssystem gewählt wird, bewegen sich Menschen und auch Regen, sodass das Problem komplizierter wird. Wir können den Bezugsrahmen ändern und den Menschen als Bezugspunkt nehmen. Auf diese Weise kann die Person als stationär betrachtet werden, während der Regentropfen in vertikaler Richtung eine Fallgeschwindigkeit v und relativ zur Person eine horizontale Geschwindigkeit u aufweist. Der Regentropfen bewegt sich relativ zur Person schräg nach unten, wie in der Abbildung gezeigt ↓

Wenn sich eine Person von A nach B bewegt, bewegen sich Regentropfen in einer geraden Linie mit konstanter Geschwindigkeit schräg nach unten relativ zur Person. Die Regentropfen, die auf die Person fallen können (das kleine Dreieck auf der Oberseite des Kopfes der Person wird ignoriert), befinden sich alle in einer Säule diagonal vor ihr, wie zum Beispiel die Teile ACDE in der Abbildung. Diese Regentropfen laufen auf die Menschen zu und treffen sie schließlich.

Dies ist ein geneigter Zylinder. Seine Grundfläche ist die Querschnittsfläche S, wo eine Person Regentropfen ausgesetzt ist, wie in Teil AE in der Abbildung gezeigt; und die Höhe des Zylinders ist der Abstand zwischen AB, AB=L. Gemäß der Formel für das Zylindervolumen beträgt das Volumen der Regentropfen V=SL und die Masse der Regentropfen pro Volumeneinheit ρ. Die Gesamtmenge der Regentropfen, die letztendlich auf Menschen fallen, beträgt also: m=ρSL.

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Wie vermeidet man es, im Regen stecken zu bleiben?

Wie können wir also vermeiden, im Regen stehen zu bleiben?

Offensichtlich ist der Abstand L zwischen AB konstant, egal wie schnell Sie laufen. Wenn die Laufgeschwindigkeit unterschiedlich ist, ist auch die Geschwindigkeit der Regentropfen relativ zur Person unterschiedlich, sodass die Neigung der Säule unterschiedlich ist und die Querschnittsfläche S unterschiedlich ist.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, sind die Regentropfen bei einer relativ hohen Laufgeschwindigkeit einer Person im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Person näher an der Horizontale, sodass die Querschnittsfläche der Person, die auf die Regentropfen trifft, Teil AF ist. Wenn die Laufgeschwindigkeit der Person relativ langsam ist, sind die Regentropfen im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Person vertikaler und der Bereich, in dem die Person auf die Regentropfen trifft, ist Teil AE.

Offensichtlich ist die Höhe des Zylinders AFIH dieselbe wie die des Zylinders AEDC, aber die Fläche des AF-Teils ist kleiner, das Volumen des Zylinders ist kleiner und die Regenmasse im Zylinder ist geringer, d. h. wenn eine Person schneller läuft, ist sie weniger Regen ausgesetzt. Wenn eine Person mit unendlicher Geschwindigkeit rennt, fallen die Regentropfen überhaupt nicht auf den Kopf, sondern alle auf die Vorderseite des Körpers.

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Könnten Sie etwas stärker sein?

Wenn eine Person also die maximale Laufgeschwindigkeit erreicht hat, ist es dann möglich, die Belastung durch Regen weiter zu reduzieren?

Tatsächlich haben wir noch eine Möglichkeit. Da die Fläche auf der Oberseite des Kopfes kleiner ist als die Fläche vor dem Körper, können wir unseren Körper neigen, um die Regentropfen zu begrüßen. Dadurch wird die Fläche, auf die die Regentropfen treffen, weiter verkleinert und die Regensäule dünner.

Wenn Sie die kleinste Bodenfläche zum Auffangen des Regens nutzen möchten, sollten Sie die gesamte Fläche Ihres Kopfes zum Auffangen des Regens nutzen. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Grad Ihrer Neigung parallel zur Richtung der Regengeschwindigkeit im Verhältnis zu Ihrer Person sein. Wie in der Abbildung gezeigt, wird dieser Winkel durch eine trigonometrische Funktion ausgedrückt:

Wenn die Laufgeschwindigkeit einer Person beispielsweise der Geschwindigkeit fallender Regentropfen entspricht, ist es für die Person am besten, sich in einem 45-Grad-Winkel nach vorne zu lehnen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unter bestimmten Modellbedingungen die Anzahl der Regentropfen, die auf den Körper einer Person fallen, reduziert werden kann, wenn diese so schnell wie möglich läuft und ihren Körper nach vorne lehnt. Wenn wir den Winkel unseres Körpers so feinjustieren könnten, dass nur die Oberseite unseres Kopfes die Regentropfen empfängt, dann bräuchten wir nur ein kleines Lotusblatt, um unseren Kopf abzudecken und sicherzustellen, dass kein Wasser auf unseren Körper gelangt.

ENDE

Quelle: Herr Li Yongle

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