If humans could fly, without tools and machines, how fast do you think we would go? As of 2012, the world record for fastest short-distance sprint speed is roughly 27 miles per hour. Running speed depends on how much force is exerted by the runner's legs, and according to Newton's Second Law of Motion, force is the product of mass times acceleration. And Newton's Third Law states that for every action, there is an equal and opposite reaction. So, that means running requires having a ground to push off from, and the ground pushes back against the runner's foot. So, flying would actually be more similar to swimming. Michael Phelps is currently the fastest human in water and the most decorated Olympian of all time. Guess how fast he swims? The answer may surprise you. His fastest recorded speed is less than 5 miles per hour. A child on the ground can easily outrun Michael Phelps in water, but why is that? Well, let's go back to Newton's Third Law of Motion. When we run, we move forward by pushing against the ground with our feet and the ground pushes back, propelling us forward. The ground is solid. By definition, it means the particles are essentially locked into place and must push back instead of getting out of the way, but water is liquid and flows easily. When we move our limbs to push back against the water, a part of the water molecules can just slide past one another instead of pushing back. Now, let's think about flying. Air has a lot more free space for particles to move past one another, so even more of our energy would be wasted. We would need to push a lot of air backwards in order to move forward. Astronauts move around in shuttles in zero gravity when they're in outer space by pulling on handles installed on the ceiling walls and floors of the shuttle. Now, imagine you were given the ability to float. How would you move around in the middle of the street? Well, you wouldn't get very far by swimming in air, would you? Nah, I don't think so! Now, assuming you were granted the ability to float and the speed to move around efficiently, let's discuss the height of your flight. According to the Ideal Gas Law, P-V N-R-T, pressure and temperature has a positive correlation, meaning they increase and decrease together. This is because the air expands in volume with less pressure, so the molecules have more room to wander around without colliding into each other and creating heat. Since the atmospheric pressure is a lot lower in high altitudes, it would be freezing cold if you were flying above the clouds. You'd need to wrap yourself up to keep your core body temperature above 95 degrees Fahrenheit, otherwise you'd start shivering violently, gradually becoming mentally confused and eventually drop out of the sky due to loss of muscle control from hypothermia! Now, the Ideal Gas Law implies that as the pressure decreases, gas volume increases. So, if you were to fly straight up too quickly, the inert gas in your body would rapidly expand the way soda fizzes up when shaken. The phenomenon is called "the bends," decompression sickness, or "divers disease" since deep sea scuba divers experience this when they come up too quickly. This results in pain, paralysis, or death, depending on how foamy your blood becomes. Okay, well, let's say you want to fly just a few meters above the ground where you can still see the road signs and breath oxygen with ease. You'll still need goggles and a helmet to protect you from birds, insects, street signs, electrical wires, and other flying humans, including flying cops ready to hand you a ticket if you don't follow the flying rules, buddy. Now remember, if you have a collision mid-air that knocks you unconscious, you would experience free fall until you hit the ground. Without society or the laws of physics, flying would be a totally awesome ability to have. But, even if we could all just float around a few feet above the ground and only moving at a snail's pace, I'm telling you, it's still a cool ability that I'd want, wouldn't you? Yeah, I thought so. Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.
Если бы люди могли летать без приспособлений и машин, как вы думаете, как быстро мы бы летали? По состоянию на 2012 год мировой рекорд максимальной скорости в спринте на короткие дистанции составляет примерно 43 километра в час. Скорость бега зависит от того, сколько усилий прилагает бегун ногами. Согласно второму закону Ньютона, сила является продуктом массы, умноженной на ускорение. Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие есть равная по модулю, но противоположная по направлению сила противодействия. Это означает, что для бега требуется земля, чтобы от неё оттолкнуться, а она в свою очередь отталкивает подошву бегуна. Таким образом, полёт был бы на самом деле больше похож на плавание. Майкл Фелпс — в настоящее время самый быстрый человек в воде и абсолютный рекордсмен по количеству наград в истории Олимпийских игр. Угадайте, как быстро он плавает? Ответ может вас удивить. Его самая большая зафиксированная скорость составляет менее 8 километров в час. Ребёнок на земле может легко обогнать Майкла Фелпса в воде, но почему это так? Вернёмся к третьему закону Ньютона. Когда мы бежим, мы движемся вперёд, отталкиваясь от земли ногами, а земля толкает нас в противоположном направлении, передвигая нас вперёд. Земля твёрдая. По определению это означает, что частицы по существу закреплены на месте и должны отталкивать, вместо того чтобы освободить нам путь. Но вода — жидкость, она течёт легко. Когда мы двигаем наши конечности, чтобы отталкиваться от воды, часть молекул воды может просто проскальзывать мимо друг друга, вместо того чтобы отталкивать. Теперь давайте подумаем о полёте. Воздух имеет гораздо больше свободного места, и частицы могут свободно двигаться мимо друг друга, поэтому ещё больше нашей энергии будет тратиться впустую. Мы должны были бы оттолкнуть много воздуха, чтобы двигаться вперёд. Астронавты передвигаются в шатлах в невесомости, находясь в открытом космосе, держась за ручки, установленные на потолке, стенах и полах шатла. Теперь представьте, что вам была бы дана возможность парить. Как бы вы передвигались посередине улицы? Вы бы не продвинулись очень далеко, паря в воздухе, не так ли? Нет, я так не думаю! Представим, что вы получили возможность парить и скорость, чтобы передвигаться эффективно. Давайте обсудим высоту вашего полёта. Согласно уравнению состояния идеального газа, pV = nRT, давление и температура имеют положительную корреляцию, что означает, что они увеличиваются и уменьшаются вместе. Это потому, что воздух расширяется в объёме с уменьшением давления, поэтому у молекул есть больше места, чтобы блуждать вокруг без столкновения друг с другом и создания тепла. Поскольку атмосферное давление намного ниже на больших высотах, было бы очень холодно, если бы вы летали над облаками. Вам бы пришлось укутаться для поддержания базовой температуры вашего тела выше 35 градусов по Цельсию, в противном случае вы бы начали сильно дрожать, постепенно становиться психически напуганным и в конечном итоге упали бы с неба из-за потери мышечного контроля от переохлаждения! Закон идеального газа гласит, что с уменьшением давления объём газа увеличивается. Итак, если бы вы летели вверх слишком быстро, инертный газ в вашем организме быстро бы расширился, подобно газированной воде, шипящей при встряхивании. Это явление называется «кессонка», декомпрессионная болезнь или «болезнь водолазов». Аквалангисты страдают от этого недуга, когда они всплывают слишком быстро. Это приводит к боли, параличу или даже смерти, в зависимости от того, насколько пенистой становится ваша кровь. Хорошо, допустим, вы хотите летать всего в нескольких метрах над землёй, где вы всё ещё можете видеть дорожные знаки и с лёгкостью дышать кислородом. Вам всё равно нужны очки и шлем для защиты от птиц, насекомых, уличных знаков, электрических проводов и других летающих людей, включая летающих полицейских, готовых выписать вам штраф, если вы не следуете правилам полёта, приятель. Теперь помните, если у вас произошло столкновение в воздухе, в результате которого вы потеряли сознание, вы испытаете свободное падение, которое закончится ударом о землю. Без общества или законов физики умение летать было бы совершенно замечательной способностью. Но даже если мы все могли бы просто парить в нескольких десятках сантиметров над землей и двигаться только черепашьими шагами, думаю, это всё равно было бы классной способностью, которой мне бы хотелось обладать, не так ли? Да, я так и думал. Физику какой сверхспособности вы будете исследовать следующей? Изменение размера тела и органов, сверхскорость, полёт, сверхсилу, бессмертие и невидимость.