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午夜12点,灰姑娘的水晶鞋

2016-05-14顾静怡

知识窗 2016年6期
关键词:水晶鞋鞋跟舞会

顾静怡

童话故事《灰姑娘》留给大家印象最深的莫过于灰姑娘穿着水晶鞋、乘着南瓜马车去参加王子舞会的场景。在姑娘们的心中,水晶鞋就是邂逅王子的魔法鞋。那么,从物理学的角度来看,当午夜12点的钟声敲响时,灰姑娘到底能不能穿着水晶鞋逃离舞会呢?

英国莱斯特大学的学生对灰姑娘的水晶鞋做了一个有趣的研究。他们对灰姑娘从站立、行走和奔跑这三种情况,对水晶鞋进行了分析,假设水晶鞋是由最普通的水晶制成,灰姑娘体重55公斤,考虑了灰姑娘走路或奔跑时鞋跟与地面的角度、鞋跟的高度和受力情况等。

为了确定灰姑娘穿着水晶鞋移动的能力,研究者使用压力方程从站立入手。当站立时,鞋子各部分受到的向下的力是平均的,也就是说,每只鞋要承受一半的体重,从玻璃的抗压强度来看,数值远远大于鞋子所受的重力,所以如果灰姑娘只是站着,不管鞋跟有多高,都不用担心会有任何问题。

然而,当灰姑娘要参加舞会时,她必须穿着这双水晶鞋走路,并且还要在午夜12点的钟声响起时狂奔。现在,关键的问题来了,当她行走和狂奔时,会出现身体的重量全部落在一只脚上的情况,当然,首当其冲的就是鞋跟。

研究者仔细地对玻璃的标准弯曲进行了测试,得知玻璃的弯曲强度为42~165兆帕,由此算出,灰姑娘行走时,玻璃鞋跟高度可以在3.44~13.8厘米之间,而奔跑时,受速度影响,鞋子受的力是体重的3倍,鞋跟受力更大,玻璃鞋跟高度只能在1.15~4.61厘米之间。而这么多年来,我们无论是在童话书的插画中,还是在动画片里,看到灰姑娘穿的水晶鞋的鞋跟远远不止1.15~4.61厘米这个高度。换句话说,如果灰姑娘穿着我们在动画片中看到的那么高鞋跟的水晶鞋逃跑,不断触碰地面而受到的反作用力完全会把那纤细的鞋跟折断。

现在,你是愿意相信午夜12点钟声敲响时,灰姑娘逃跑时水晶鞋后跟折断?还是愿意守住自己心中永远的水晶鞋,假设它是其他材质制作的,从而得出另外一个结果?

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