当物理学霸看了《碟中谍5》……

摘要

《碟中谍5》在目前火的一塌糊涂,片中精彩的玩车镜头令人大呼过瘾!还真有学霸对影片中宝马M3的特技动作给出了物理分析,正如电影的英文名—mission impossible。

《碟中谍5》在目前火的一塌糊涂,估计您会为省去一顿饭钱去电影院看吧,毕竟它是除了《速度与激情》系列外的一部较精彩的动作片了。而且里面还有精彩的玩车镜头,看得人们热血沸腾。虽然片中的车没有《速度与激情》系列的多,看来看去就只有宝马M3牛一点,但你可不知道背后付出了多大的代价。

有趣的是,还真有学霸对影片中宝马M3的各种特技动作给出了物理分析,下面便是由果壳网的物理学霸看完《碟中谍5》之后的心得,令我们汽车媒体也不得不对其缜密的算法表示钦佩!但这毕竟是一部影片,过于较真是不是很累啊?

以下内容来自于果壳网

碟4中,汤哥拿宝马来了个脸着地,几十米高的车库上掉下来依然拯救了世界,现在碟5中又玩起了后空翻。影片前期宣传中就反复强调:所有的特技都是真的!是真的!由阿汤哥亲自完成的!不过这些特技在现实中真的都是可以实现吗?于是我也来班门弄斧,分析碟5中几个刺激的特技镜头。

【特技一:后空翻】

想了两个角度分析:一是什么样的初始条件才能使车辆前后翻转,二是前后防撞梁与地面撞击能不能保护车内乘客的安全。然而,影片中的场地条件是否能让车后空翻540°?无奈已知条件太少,无法计算,暂且假设它能够翻转。

接下来探讨安全性方面:

通过上面的动图可看出,车辆翻滚的外部镜头导演总共给了3段,可放慢影片并以后方的楼为参照物的话,实际上只翻了一圈半便停住了。第一段翻滚和第二段翻滚是同一事件,只不过导演通过俩不同角度的镜头给观众造成了翻滚多圈的的假象。【第一段翻滚镜头】

【第二段翻滚镜头】

【第三段翻滚镜头】

最后一段翻滚基本已经没有速度,靠的是车本身的重力使垂直的车体来了个脚朝天。所以在翻转过程中共有4次与地面碰撞的情况,第1次和第2次为车尾和车头与地面垂直碰撞,第3次为车尾和车顶与地面的撞击。这段戏中用的车是BMW M3,本想通过车辆内部结构图来分析前后梁受力情况,无奈信息不全,只能借助欧盟新车安全评鉴协会(EuroNCAP)的外界标准来判断。EuroNCAP在碰撞试验中给出BMW 3系成人保护得分95分,综合得分95分,五星安全认证。

成人保护测试中的全宽刚性碰撞所用速度为50千米/小时,姑且以此作为安全速度的标准:只要车的垂直初速度低于50千米/小时,在翻转过程中M3足以保护汤哥的安全。

计算过程:

下图截取的是阿汤哥驾驶M3在最高点的情况,重心高度约为4.5个车身。

M3车高=1.43米

则,飞行高度为1.43×4.5 = 6.435米

M3的车身比为50:50

则,垂直撞击时重心高度为车身长度/2 = 4.761/2 = 2.3805米

则,势能高度差为6.435-2.380 = 4.055米

垂直初速度为0

根据s=1/2gt^2

4.055= 1/2×9.8t^2

则,降落时间为0.91s

再根据v=gt

得到撞击前速度为9.8 ×0.91 = 8.92米/秒≈32千米/小时

<50千米/小时,第一次尾部碰撞是安全的;第二次头部碰撞速度将会远小于初始尾部碰撞速度,所以第二次头部碰撞也是安全的(头尾碰撞的安全标准一样)。第三次车顶碰撞由于缺少内部结构数据或者外部辅助参考,无法进行测算。不过在影片中第二次头部碰撞后车辆速度近乎为0,仅靠重力翻了个,AB柱撑住顶盖应该没有问题。

结论:头尾防撞梁的碰撞安全,即汤哥坐在BMW M3里后空翻也没什么事儿。

【特技二:漂移】

商业大片中的漂移镜头可谓司空见惯,《变》中的汽车人都不忘来几个漂移来显示节奏紧凑。不过漂移在现实中依然是高难度技术,特别是在碟5中这么狭小的巷子,一丝犯错的机会都没有。工欲善其事,必先利其器,玩漂移最适合的车身配备就是后驱驱动以及50:50的车身比,说的完全就是M3啊。作为宝马运动车型的代表,可以说开BMW M3玩的就是漂移。查了点资料,简单的和大家分享并讨论一下。

车轮向前滚动与地面摩擦产生的反作用力带动车辆向前行驶,车轮滚动的方向为纵向,滚动的摩擦力也就是纵向力。

同时现实中车轮与地面不是点接触,而是面接触。所以橡胶轮胎受重力影响与地面接触时,车胎上的纹路将会变形。变形的纹路有趋势恢复原来的形状,从而产了垂直于纵向力的侧向力。

为了使车轮能自动回正,车轮组装时会引入一个“外倾角”的设计,也就是车轮即使在笔直行驶时与地面也不是垂直,而是有些许外倾的。并且在拐弯的时候,整车也会有微弱的倾斜,从而产生侧向力。下图中就是车轮在不同转弯角度下,由于外倾角的增大,侧向力也在不断的增大。直线行驶时车轮内外侧与地面接触面积相等,无侧向力;正常转弯时车轮外侧与地面接触面积变小,车轮内侧与地面接触面积变大,说明车轮内侧受力大于外侧受力,从而生成了一定的侧向力;当急弯时,内侧接触面积更大,产生了更大的侧向力。

如下图当车轮的纵向力和侧向力达到动摩擦力的临界点后,力的大小将不会增加,纵向和侧向位移将会无限增大,也就是现实中的车轮没有了抓地力,开始打滑。

车轮在拐弯的情况下,前后轮拐弯角度的不同,受力也不同。这样车轮打滑的情况下会发生三种情况---转向不足,平衡过弯,以及转向过度,而转向过度也就是传说中的漂移。转向不足是前轮先失去抓地力。转向轮失去了作用,当然会导致转向不足的效果。

转向过度是后轮先失去抓地力。车辆失去了向前的驱动力,便会以前轮,也就是转向轮为中心旋转,便会产生转向过度的效果。

那前后轮成怎样的关系才能确保是后轮失去抓地力,完成转向过度,也就是漂移呢?这里就需要在引入一个参数---车轮的偏离角。如下图它的定义是车轮滚动的方向和车轮实际行驶的方向之间的夹角。

当后轮的偏离角大于前轮的偏离角时,车辆便会转向过度;反之则转向不足;只有前后轮偏离角相等的情况下,车辆可以平衡过弯。像阿汤哥般在如此狭窄的小巷内作出转向过度,也就是漂移的动作需要精确的掌握好速度摆脱抓地力,以及前后轮的偏离角来确保转向过度的角度。

结论:可以实现,但是需要非常高超和熟练的驾驶经验。

【特技三:180°旋转】

手刹过弯!瞬间180°原地旋转撂倒敌人,简直和叶问一个打十个般充满了阳刚之气。在现实中能实现吗?还是从设备到技术来分析。

现实中的操作

首先是确定车转向的位置,一般是当车头刚达到需要转弯的地方进行操作的;再是需要把手放到方向盘最远的位置,在左手拉起手刹的同时右手最大限度的转动方向盘,如果是手动档,转弯的同时还需要踩下离合器;最后当车辆转向完成,回正方向盘,松开手刹行驶即可。

从装备上看,前轮驱动的车辆是手刹过弯的最好配备,所以阿汤哥驾驶的BMW M3作为后轮驱动车辆虽然也可以完成手刹过弯的动作,但在性能上就有先天不足。从原理上看,如同漂移是一个幅度更大的转向过度。通过手刹锁死后轮,以前轮为圆心转动180度,算是急速的过了个U型弯吧。

从上面的动图上可以清晰的看到,手刹过弯是以前轮为圆心转动,需要两条车道的空间施展。而电影中阿汤哥拉上手刹后,突然车辆原地来了个180度大转弯,是以车中心为圆心而旋转的。明明是自由体操,硬是给拍成了芭蕾舞。

结论:真人演绎配合最高科技

以阿汤哥的身价,三种特技在真人拍摄的时候肯定会有相应的技术进行辅助。就算是前后翻滚以及窄巷漂移在理论上可以实现,但在现实世界中又有多少人有足够的勇气和技术去挑战呢?而电影中还有更多的特技效果,比如掌纹开车门、悬空挂在飞机外、只身跳进水底、摩托车赛车等,虽然是阿汤哥真人演绎,但仍需借助科技的力量。正如电影的英文名起的恰到好处—mission impossible(不可能完成的任务)。

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  • 版权声明:本文源自互联网,于2年前,由王佑俊整理发表,共 3018字。
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