「量子位」马斯克皮卡的防弹玻璃为啥会被钢球砸碎？物理学教授：这就是一道高中物理题
乾明 鱼羊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
马斯克 ， 硅谷钢铁侠 ， 全世界最具煽动力的企业家 。
旗下公司特斯拉最新电动皮卡 ， 一经亮相就欢呼一片 ， 传播到炸 ， 看起来又要重新定义一个品类 。
然而也有网友“提醒”——如今的马斯克和特斯拉 ， 往往新品发布猛如虎 ， 真到交付原地杵 ， 交货时间和质量还得再观后效 。
而且这次电动皮卡的故事 ， 还讲到了火星上 。
另外 ， 这一次甚至都还没轮到交货“翻车” ， 现场演示就尴尬破功 。
现场演示的过程中 ， 号称能防弹的玻璃 ， 并没有完美挡住助手甩出的钢球 。
当场被来了个double kill 。
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现场一度非常尴尬 。
这个场面也引起了广泛讨论 ， 有人吐槽质量 ， 也有人认为可能是失误 。
但也有不少人认为 ， 这是不是马斯克故意进行一场PR ， 为了更多的传播和销量而故意为之？
有人较真了 。
来自美国路易斯安那东南大学的物理学副教授瑞德·阿兰（Rhett Allain） ， 用物理学知识进行了分析 ， 解释了马斯克为啥会翻车 。
而且里面用到的基本上都是高中学的物理知识 ， 整个过程就相当于解一道题 。
不过在开始分析之前 ， 还是先快速还原下现场~
马斯克翻车始末
北京时间周五中午 ， 特斯拉皮卡发布 ， 名为Cybertruck 。
为了展示车窗防弹玻璃强悍的性能 ， 马斯克大手一挥 ， 让助理拿着钢球上场 。
对准车窗砸过去 ， 然后意想不到的一幕发生了 ， 玻璃应声而碎 。
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尴尬……刚才测试的时候 ， 不还是好好的吗？
在助手上场之前 ， 马斯克还先进行了一些铺垫 。
先是放上普通汽车玻璃 ， 钢球落下 ， 玻璃碎了 。
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然后换Cybertruck的玻璃测试 ， 从更高的地方落下来都毫发无伤 。
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马斯克说 ， 是不是用劲太大了？在他的示意下 ， 钢球又砸向了后窗玻璃 。
尽管力度已经减小了很多 ， 但玻璃还是非常脆弱 。
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这……好吧 ， 理解万岁！
马斯克随后也解释说 ， 还好还有穿过去 ， 看来交付之前还有很多的事情要做 。
然后 ， 他站在砸碎的车窗玻璃前 ， 硬生生开完了整场发布会 。
那为啥防弹玻璃能够经受住高处的自由落体 ， 却被随手甩出的钢球砸烂了？
物理学分析：和安装方式有关
瑞德·阿兰决定用物理学知识揭开答案 。
先来看一下垂直往下砸的情况 。
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虽然这位工作人员没说他到底爬了多高 ， 但从视频中可以看到 ， 球在管道末端出现 ， 掉落到玻璃板上的时间大概是0.267秒 。
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粗略假设初速度为0 ， 加速度为g=9.8m/s ， 根据公式：
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这段距离就大概是0.35米 。
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工作人员放下钢球的高度大概是这段距离的10倍 ， 那么球到玻璃板之间的距离就是3.5米 。 当然不精确 ， 不过对这次分析而言也足够了 。
知道了下落高度 ， 根据v^2 = 2gh这个公式 ， 就可以计算出钢球撞向玻璃板时的速度 ， 约为8.3m/s 。
而市面上出售的棒球大小的钢球大概有1.9kg重 ， 那么根据动量p = mv ， 就可以算出钢球冲击玻璃板时的动量为15.7kg·m/s 。
动能K则可以根据公式K =1/2*m*v^2计算 ， 为65.5J 。
也就是说 ， 特斯拉皮卡采用的玻璃板完全能承受住15.7kg·m/s的冲击 。
那么接下来 ， 我们就来看看“翻车”现场到底发生了什么 。
首先需要进行一些必要的假设：
工作人员的投掷动作 ， 让钢球从静止到达到最终速度时 ， 移动了大约1米的距离 。
球的加速度不变 。
从视频中得到 ， 钢球的运动时间约为0.27秒 。
因为加速度不变 ， 平均速度就等于初始速度和最终速度之和除以2 ， 同时也是等于总路程除以总时间 。
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于是就求出了“翻车”现场钢球砸向车窗玻璃的最终速度是7.4m/s ， 动量是14.1kg·m/s 。 小于从3.5米高度垂直下落测试中的15.7kg·m/s 。
按照这个结果 ， 车窗玻璃应该就像马斯克说的那样不会碎才对 ， 那么是哪里出了问题？
可能是和安装方式有关 。
在垂直下落测试中 ， 玻璃板用夹具固定 。 这些夹具不是完全刚性的 ， 也就是说在受到钢球撞击时 ， 玻璃板的移动空间比较大 。
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△
Rhett Allain绘制
而在特斯拉皮卡上 ， 玻璃板被牢牢固定在车门窗框里 ， 位移空间比较小 。
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Rhett Allain绘制
假设在垂直下落测试中 ， 玻璃被撞击时移动了1厘米 ， 而“翻车”现场 ， 玻璃仅移动了0.2厘米 。 那么根据公式：
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在动能变化大致相同的情况下 ， 固定在窗框中的玻璃承受的力 ， 就5倍于垂直下落实验中玻璃承受的力 。
于是 ， 马斯克“翻车”了 。
翻车引热议 ， 但预定依旧喜人
“翻车”事件一出 ， 有网友调侃道：一定是隔壁车厂派来捣乱的 。
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有人解释说 ， 可能是发布前这个车进行了一轮测试 ， 车窗玻璃已经受过一轮攻击了 。
但也有不少网友指出 ， 这也不算翻车 ， 防弹玻璃本来就是这样的 ， 不防碎裂而是防穿透 。
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发布会结束后 ， 特斯拉的股价也受到了影响 ， 当天下跌6% ， 市值缩水近40亿美元 。
不仅仅是马斯克现场翻车 ， 也是因为这辆车并不被分析师看好：皮卡核心是拉货能力 ， 特斯拉的皮卡造型虽酷 ， 但忘了“初心” 。
但这些 ， 似乎并没有影响用户的选择 。
根据马斯克最新发表的推文 ， 这辆被他称为未来火星官方用车Cybertruck ， 已经获得了14.6万个订单 ， 其中17%选择单电机后轮驱动 ， 42%选择双电机全轮驱动 ， 41%选择三电机全轮驱动 。
它们的续航距离分别为250英里、300英里和500英里 ， 定价也分别为39900美元 ， 49900美元和69900美元 。
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现在预订费用100刀 。 以此来算 ， 马斯克已经拿下1400.6万美元收入 ， 预期收入将达到82.3亿美元 。
而且 ， 这辆车还有全自动驾驶功能可供选择 ， 但要加7000美元 ， 所以马斯克到时候估计能赚更多 。
最后 ， 马斯克也在Twitter上找了场子 ， 发了一个视频说 ， 发布会前也进行了测试 ， 但玻璃并没有碎 。
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从视频中展示中的情况来看 ， 瑞德·阿兰的分析还是有点道理的 ， 玻璃板的移动幅度明显很大 。
你怎么看？
One more thing…
还有一个问题值得大家关注 ， 这车在中国吃得开吗？
从大家对车型的反映中来看 ， 还真会有不少人愿意掏钱买车 。
但能够开进城吗？
要看国家规定了 ， 在中国各地的政策并不一样 。 许多城市都要求 ， 如果皮卡进城要采取贴反光条等措施 。
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图源：微博网友@陈不好玩V
在河北等地 ， 现在政策也逐渐放宽了进城限制 。 在北京这样的一线城市 ， 皮卡也有更严格的限行措施 。
就算你有京牌 ， 也只能在23:00-6:00之间进入城区 ， 其他时间都不能驶入北京五环 。
但按照规定 ， 从2018年起 ， 北京的皮卡车将享受和乘用车同样的待遇 ， 车身上也不用贴反光条和车门喷漆标识 。
更为关键的是 ， 现在皮卡不用摇号就能上京牌 ， 也成了很多人的折中选择 ， 并带动了销量：
有调查数据显示 ， 北京皮卡在2019年的累计销量同比增长了452.8% 。
但是 ， 就算你喜欢特斯拉的皮卡 ， 估计还要等几年 。
官方预定页面显示 ， Cybertruck在2021年底开始生产 ， 最贵的三电机全驱车型 ， 到2022年底才开始生产 。
按照马斯克经常重新定义时间的习惯 ， 到时候能不能交付恐怕没那么乐观……
参考链接：
https://www.wired.com/story/a-physics-analysis-of-teslas-shattered-cybertruck-windows/
— 完 —
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