電影裡都是騙人的!千萬不要高空跳水!

我們經常看到電影裡演這樣的情節：一幫壞人正在追男主女主，二人被逼到懸崖邊，縱身一躍跳入幾十米以下的水中，逃脫了魔爪。

現實中，人從很高的地方跳入水中，會不會有危險呢？最近有一位老哥，在一座大橋上喊了一句"我先走了"，就從橋上跳了下去。

入水時，老哥也沒有採取什麼壓水花的方式，基本是屁股和後背入水。視頻顯示，老哥入水後好久也沒有浮上來。

其實，人從高空跳水是非常容易受傷的，大家千萬不要再做這種危險的行為.我們從加速度角度給大家解釋一下這個問題。

我們知道，物體運動的快慢可以用速度衡量，那麼如果物體速度發生變化，就出現了加速度的概念。加速度描述物體速度變化快慢。

比如有兩輛汽車，都可以達到100km/h的速度，但是其中一輛汽車只需要5秒就能從靜止加速到100km/h，另一輛汽車需要10s才能加速到這個值，這就說明第一輛汽車的加速度大，第二輛汽車的加速度小。汽車的加速度主要看發動機功率和扭矩，百公裡加速時間越短，汽車的加速度越大，汽車的運動性能越好。頂級跑車百公裡加速時間已經不到3秒。

如果汽車在高速運動時突然撞牆，那麼人就很容易受傷。這是因為撞牆後汽車會在極短的時間內停下，造成一個很大的加速度。

自然界有一個重要的加速度，那就是重力加速度。物體在只受到重力作用而發生自由落體時，加速度大小約為10米每二次方秒。也就是說：每秒鐘物體的落體速度會增加大約10m/s。物體從開始下落計時，第一秒末速度是10m/s，第二秒末速度是20m/s，第三秒末速度是30m/s…

而且，這個加速過程與物體的輕重無關。傳說伽利略在比薩斜塔上扔下了一輕一重兩個鐵球，這兩個鐵球一起落地，說的就是自由落體的加速度與質量無關。雖然，這個故事其實是後人杜撰的。

我們有時候習慣於把加速度寫成重力加速度的形式。比如十倍重力加速度就是每秒鐘速度變化100米每秒，20倍重力加速度就是每秒鐘速度變化200米每秒。

汽車的加速度由什麼決定呢？牛頓告訴我們：物體的受力F等於質量m和加速度a的乘積，表達式是 F=ma

也就是說：在質量一定的情況下，物體受力越大，加速度也就越大。在撞車時候加速度很大，是因為汽車受到牆的巨大衝擊力。反過來，如果受力相同，質量越大則加速度就越小，例如我們用同樣的力推自己車，自行車很容易加速，如果推汽車，汽車加速就很慢。

所以說，如果人的加速度很大，就是因為人受到了很大的外力，這種外力會使人受傷。同時，人體的肌肉和骨骼會把外力傳遞到身體的各個部分，如果這個力很大，身體在傳遞力的過程中可能會出現骨折或者內臟受傷。

那麼，人究竟能承受多大的加速度呢？我們對這個問題的回答要感謝美國軍醫約翰.保羅.斯塔普。

斯塔普是一名美國軍醫，在美蘇冷戰時期，美國軍隊要研究飛行員在各種極端環境下會受到怎樣的威脅。例如，在飛機升空、急速下墜或飛行員被彈射裝置彈出的過程中，飛行員能否承受巨大的加速度。因為巨大的加速度就意味著巨大的受力。

斯塔普以自己為實驗品，從1951年開始做一系列加速度實驗。比如把自己綁在鞦韆的椅子上，然後讓椅子撞擊柱子驟然停下，檢查自身受到的衝擊和傷害。

1954年，斯塔普開始作大死。他坐上了超音速火箭車，在極短時間內加速到大約2倍音速，然後又在1.4秒內減速到停止，剎車加速度達到了460米每二次方秒，大約46倍重力加速度。

實驗結束後，斯塔普的肋骨骨折，眼球差點沒飛出來，視網膜脫落，因此還失明了一段時間。不過他也因此登上了時代周刊的封面。

通過斯塔普實驗我們知道：人類能夠承受的最大加速度也就在40到50倍重力加速度。超過這個加速度，身體各部分之間的作用力可以扭斷骨頭，造成骨折、腦震蕩或內臟受傷。

為了減少加速度，人在從高處下落時都要採取緩衝措施。例如我們從5米高處落下時，落地速度大約為10m/s，如果我們觸地後屈腿，或者打滾，使減速時間為1s，那麼加速度就是十米每二次方秒, 大約是一倍重力加速度。但是如果我們沒有屈腿，而是直立在地面上，減速時間為0.1s，加速度就大約是100米每二次方秒, 10倍重力加速度，很容易受傷。

人在入水時，由於人的速度很快，水在短時間內難以向周圍散開，於是會給人很大的作用力，這種情形就好像人跳到水泥地面上沒有進行很好的緩衝一樣，容易讓人受傷。

現在我們可以討論跳水的問題了。在這裡我們不得不使用幾個公式。

人從高處跳下時，高度越高入水時速度越快，根據運動學公式，入水速度v與高度h和重力加速度g的關係是：

在落地之後，會受到水面對人的作用力。這個作用力非常大，與人的形狀、觸水面積、速度等因素都有關係。根據實驗結果，水面對人的作用力表達式為：

其中k為與形狀有關的比例係數，A為入水面積，v為速度。

如此，就可以計算加速度了。入水時由於水面對人的作用力遠遠大於重力，因此人受到的重力忽略不計，人只受到水面作用力F的作用。根據牛頓第二定律，加速度

我們通過這個表達式發現：人入水的時候加速度a正比於觸水面積A和高度h，反比於質量m。

如果高度越高，觸水面積越大，質量越小，人在入水時加速度越大，人越容易受傷。反之，如果高度低、觸水面積小或者人的質量大一些，入水時加速度小，人就不容易受傷。

那麼，到底多高才是安全距離呢？這並不是一個簡單的問題。

由於比例係數k通過計算很難確定，我們需要通過實驗來得出結論。《流言終結者》曾經做過一個實驗，將一個假人腦子裡塞入一個加速度計，並從h=50m處釋放，讓他自由落入水中，測量入水時的加速度。

通過腦子中的加速度計，我們知道了假人入水時的加速度，幾次測量結果稍有不同，但是都在250倍重力加速度以上。

要知道，一次猛烈的車禍加速度也不超過一百倍重力加速度，人能承受的加速度不超過50倍重力加速度。果然，入水之後假人的腿斷了，身體其他部位也有不同程度的損傷。

我們來看那位跳橋者。由於他入水時並未採取特定的姿勢，所以入水面積與假人基本相同，我們再假設二者質量也相同。那麼唯一的區別就是水面高度。跳橋者從開始下落到入水大約2.2秒，根據運動學公式可以計算出橋的高度約為25米，大約為流言終結者的一半。因此跳橋者入水時的加速度大約是125倍重力加速度。這麼巨大的加速度一定會讓人受傷。

有一種運動叫做高空跳水，男子高空跳水的高度是23米到28米，女子是17到23米。高空跳水運動員必須經過長期訓練，普通跳水運動員哪怕是田亮、郭晶晶，也不敢嘗試。在高空跳水時，運動員會將身體繃直，以腳入水，從而減小入水面積。例如如果在25米入水，面積減小為假人的四分之一，那麼加速度就可以減小為大約30倍重力加速度，人體勉強可以承受。

即便是專業的高空跳水運動員，如果稍有不慎，也會出現事故。所以對於普通人來講，10米以上的跳水高度就極有可能受傷甚至死亡，高度超過50米普通人基本沒有生還可能。大家千萬不要被電影情節中男女主角懸崖跳水逃脫的情節欺騙了，千萬不要輕易嘗試高空跳水。

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李永樂老師：北京大學物理與經濟雙學士，清華大學電子工程碩士；北京市中學物理教師/物理競賽教練。從教十年，培養清華北大學生200餘人，國際奧賽、亞洲奧賽、國家奧賽金牌十餘名。

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