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.
ถ้าคนเราบินได้ โดยไร้ซึ่งอุปกรณ์และเครื่องยนต์ใด ๆ คุณคิดว่าเราจะเคลื่อนที่ได้เร็วแค่ไหน ในปี ค.ศ. 2012 สถิติโลกบันทึกไว้ว่า การวิ่งระยะสั้นที่เร็วที่สุด คือราว ๆ 27 ไมล์ต่อชั่วโมง ความเร็วในการวิ่งขึ้นอยู่กับแรงที่ใช้ โดยขาของผู้วิ่ง และตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน แรงคือผลลัพท์ของมวลคูณด้วยความเร่ง และกฎข้อที่สามของนิวตันกล่าวว่า ทุก ๆ การกระทำ มีปฏิกิริยาตอบสนองที่เท่ากัน และมีทิศทางตรงข้าม นั่นหมายความว่าการวิ่งนั้นจำเป็นต้องมี การส่งแรงผลักไปที่พื้น แล้วพื้นก็ส่งแรงกลับมายังเท้าของผู้วิ่ง ดังนั้นการบินจริง ๆ แล้วน่าจะ เป็นอะไรที่คล้ายกับการแหวกว่าย ไมเคิล เฟลปส์ คือมนุษย์ที่เร็วที่สุดในน้ำขณะนี้ และเป็นผู้ที่ครองเหรียญโอลิมปิก มากที่สุดตลอดกาล เดาซิว่าเขาว่ายน้ำได้เร็วแค่ไหน คำตอบอาจทำให้คุณประหลาดใจ ความเร็วสูงสุดของเขาที่ถูกบันทึกไว้คือ น้อยกว่า 5 ไมล์ต่อชั่วโมง เด็กน้อยวิ่งบนพื้นยังเร็วกว่า ไมเคิล เฟลปส์ที่อยู่ในน้ำ ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น ลองกลับไปดู กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน เมื่อวิ่ง เราเคลื่อนไปข้างหน้า ด้วยการส่งแรงผลักไปยังพื้นดินด้วยเท้า และพื้นก็ส่งแรงผลักกลับมา ขับเคลื่อนเราไปข้างหน้า พื้นเป็นของแข็ง ตามคำนิยามแล้ว มันหมายถึงอนุภาค ที่ยึดติดแน่นอยู่กับที่ และต้องส่งแรงผลักกลับมา แทนที่จะกระเด็นออกไป แต่น้ำเป็นของเหลว และไหลไปมาได้ง่ายมาก เมื่อเราขยับแขนขา เพื่อผลักดันน้ำออกไป บางส่วนของโมเลกุลน้ำ ก็จะเคลื่อนผ่านกันไป แทนที่จะสะท้อนกลับมา มาลองคิดถึงการบิน อากาศมีพื้นที่ว่างมากมาย ให้โมเลกุลเคลื่อนผ่านกันไปมาได้ ฉะนั้น เราจะต้องใช้พลังงานมากกว่ามาก เราต้องผลักอากาศจำนวนมากไปด้านหลัง เพื่อจะเคลื่อนไปข้างหน้า มนุษย์อวกาศเคลื่อนไหวในกระสวยอวกาศ ในที่ไร้แรงดึงดูดตอนอยู่ในอวกาศส่วนนอก ด้วยการจับด้ามที่ติดอยู่บนผนังเพดาน และพื้นของกระสวยอวกาศ ตอนนี้ลองจินตนาการดูว่า คุณได้รับพลังที่ทำให้ลอยได้ คุณจะเคลื่อนที่อย่างไรเมื่ออยู่กลางถนน คุณคงจะไปได้ไม่ไกลนัก ด้วยการแหวกว่ายไปในอากาศใช่ไหม ผมคิดว่าคงไม่ใช่แน่ เอาล่ะ สมมติว่าคุณได้พลังที่ทำให้ลอยได้ และความเร็วในการลอยไปที่ต่าง ๆ ได้อย่างใจนึก ลองมาพูดถึงความสูง ของการบินของคุณกัน ตามกฎของก๊าซในอุดมคติ พี-วี เอ็น-อาร์-ที ความดันและอุณหภูมิ มีความสัมพันธ์ในเชิงบวก ที่หมายความว่าพวกมันต่างเพิ่ม และลดไปด้วยกัน นั่นเพราะว่าเมื่อปริมาตรอากาศขยายตัว โดยมีความดันน้อยลง ฉะนั้น โมเลกุลจึงมีพื้นที่ให้เคลื่อนที่มากขึ้น โดยไม่ชนกันเองจนเกิดความร้อน เนื่องจากความดันของบรรยากาศ ลดต่ำลงมาก ในบริเวณที่สูง มันจะหนาวจนแทบแข็ง ถ้าคุณบินอยู่เหนือก้อนเมฆ คุณต้องทำให้ร่างกายอุ่นขึ้น เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิร่างกาย ให้มากกว่า 95 องศาฟาเรนไฮต์ ไม่อย่างนั้นคุณจะเริ่มสั่นเทาอย่างรุนแรง ความคิดอ่านจะค่อย ๆ สับสน และในที่สุดก็หล่นลงมาจากฟากฟ้า เนื่องจากไม่สามารถควบคุมกล้ามเนื้อได้ จากสภาวะอุณหภูมิร่างกาย ที่ลดต่ำลงกว่าปกติ เอาล่ะ กฎของก๊าซในอุดมคติอธิบายว่า เมื่อความดันลดต่ำลง ปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ถ้าคุณบินขึ้นไปตรง ๆ เร็วจนเกินไป ก๊าซเฉื่อยภายในร่างกายของคุณ จะขยายตัวอย่างรวดเร็ว เหมือนกับน้ำโซดาที่ถูกเขย่า เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "โรคลดความกด"(the bends) การเมาความกดอากาศ หรือ "โรคน้ำหนีบ" (divers disease) เพราะนักดำน้ำใต้ทะเลลึก อาจมีอาการเช่นนี้ เมื่อพวกเขารีบขึ้นมาเร็วเกินไป มันทำให้เกิดความเจ็บปวด อัมพาต หรือเสียชีวิต ขึ้นอยู่กับว่าเลือดของคุณ กลายเป็นฟองมากแค่ไหน โอเค เอาล่ะ สมมติว่าคุณอยากบิน สูงจากพื้นแค่เมตรหน่อย ๆ โดยคุณจะยังคงเห็นป้ายข้างทาง และสูดออกซิเจนได้อย่างสะดวก คุณก็ยังต้องการแว่นตากันลมและหมวก เพื่อป้องกันตัวคุณจากนก แมลง ป้ายบอกทาง สายไฟฟ้า และมนุษย์บินคนอื่น ๆ รวมทั้งตำรวจบินได้ ที่พร้อมที่จะออกใบสั่งให้คุณ ถ้าคุณไม่บินตามกฎการบิน เข้าใจนะเพื่อนยาก จำไว้ด้วยว่า ถ้าคุณเกิดชนอะไรกลางอากาศ จนสลบไสลไร้สติ คุณจะได้ดิ่งพสุธา จนกระแทกพื้น ถ้าไม่มีสังคมเมือง หรือกฎของฟิสิกส์ การบินก็คงจะเป็นความสามารถ ที่ยอดเยี่ยมที่น่ามีเอาไว้เป็นอย่างยิ่ง แต่ถึงแม้ว่าเราจะสามารถลอยไปมา เหนือพื้นดินแค่ไม่กี่ฟุต และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วปานหอยทาก ผมบอกคุณได้เลย ว่าผมก็ยังต้องการพลังนั้นอยู่ดี แล้วคุณล่ะ ใช่ ผมก็คิดแบบนั้นเหมือนกัน ทีนี้ บทเรียนฟิสิกส์ เกี่ยวกับพลังเหนือมนุษย์แบบไหน ที่คุณอยากเรียนรู้อีก ย่อ ขยาย หรือแปลงร่างได้ มีความเร็วยิ่งยวด บินได้ สุดยอดความแข็งแกร่ง เป็นอมตะ และ ล่องหน