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[what if]第95期:重力势能Comments>>

发表于 2014-07-04 10:39 | Tags 标签:, ,

提问:

吉萨金字塔和阿波罗计划相比哪个消耗的能量更多?如果能把建造金字塔所耗费的能量转化成火箭的能量,那么火箭能不能把飞船送抵月球并飞回来?

—— Michael Marmol

回答:

不能

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(要是这东西头朝下的话你可就惨了)

“土星5号”火箭里储存的燃料所包含的能量足够把约20座金字塔从地面举起来并一个个叠起来。

这个简单的回答很有物理学家的风范,所要做的只是计算一下举起理想砖块所需要的能量。[1]但实际上金字塔的建造过程并没有这么简单,由于摩擦力的存在,埃及人用于在地面上拖动大石块所耗费的能量很有可能要超过举起这些石块所需要的能量——而且举起大石块这个过程本身也会牵涉到很多摩擦。

埃及人所花费的能量有一大部分都变成了摩擦产生的热量,但仍然有约10^12焦耳的能量以重力势能的形式储存在了大金字塔里。如果把所有的这些能量都释放出来,并且通过某些方法用它们来加速一艘阿波罗飞船的话……

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(来源:伊隆·马斯克)

……貌似飞不到月球呀。

而且反过来如果把阿波罗飞船飞到月球所消耗的能量用在建造大金字塔上,好像也造不出来哎。

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(在埃及人建造金字塔所有可能的方式中,我觉得这种是最不可行的)

等等,也许我们比较的对象就是错的。为什么Michael以及其他许多人要把金字塔和阿波罗计划拿来比较?大概是因为它们看上去都需要非常大的工作量吧——或许这才是真正应该比较的地方。

根据一篇文章的分析,大金字塔花费了约1.32万人10年的时间建造完成。相比之下阿波罗计划6次登月任务以及6-10次其他任务则动用了约20万人差不多相同的时间——如果平均分配工时的话,每次任务耗费约1.5万小时。换句话说,每次阿波罗任务所花费的工作量和一座金字塔差不多。[3]

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(按比例绘制)

要比较各种浩大工程所需要的能量有各种各样的办法,但最终还是逃不开究竟哪些能量应该被算进去这个主观性问题。所以我们不如化繁为简,只关心重力势能,看看大金字塔的重力势能和其他建筑物相比有多大的区别。

大金字塔里所蕴含的重力势能大约在10^12焦耳这个数量级,这比当今最大的摩天大楼所含的势能还要多。迪拜哈利法塔看上去很大,但它内部一大部分是空心的。相比之下埃及金字塔从上到下可都是严实的大石块。

不过大金字塔并不是人类建造的包含重力势能最多的建筑物。位于中国长江的三峡大坝比大金字塔更高更重,仅仅是钢筋混凝土部分的重力势能就已经超越大金字塔一个数量级了——我们还没算上大坝背后巨量库存水量所包含的重力势能呢。

大金字塔还有其他几个有力的竞争者。纽约城清泉垃圾填满场的前身所含的重力势能很有可能比大金字塔多,其他的几座巨型大坝亦是如此。墨西哥的乔鲁拉大金字塔虽然体积比吉萨金字塔更大,但重量和重力势能要稍小一些。

但这些和地球上最大的渣土搬动工程采矿比起来都是相形见绌。采矿所需要克服的重力势能比建造混凝土大坝、金字塔或者垃圾填满场更加多。人类已经花费了巨量的工业力量用来挖矿,也难怪挖出最大的矿区需要克服10^14到10^15焦耳的重力势能,这比建造最大的地上建筑物所需的能量还要大几个数量级,毕竟露天矿场其实就是倒过来的金字塔嘛。

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(这儿可不是挖矿的好地方)

这些工程已经是很浩大了,不过荷兰人还是嫌不够。

2011年,一位荷兰作家发起了一项名为“Die berg komt er”(意为“高山来了”)的项目,这个半开玩笑性质的计划打算在荷兰造一座人造假山。这个计划的某些版本需要搬运比当今最大的矿场更多的土方,而这座假山的巨大重量会导致整个乡村下沉,这可不是荷兰人们想看到的。[4]

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(底下一行大字:直上直下)

这个计划很显然是不可行的。幸运的是一些人又拿出了一份稍微靠谱一些的计划。

由德国建筑师Jakob Tigges带头的一组德国人脑补出柏林已经有了一座人造假山。这座名为“The Berg”的假山坐落于一座废弃机场之上,地面高度1071米,超越哈利法塔成为地球上最高的人造建筑物。它还有一个网站、一个脸书小组、许多照片、游客感言以及旅游信息。

不过没有人能看到这座假山,但支持者们坚持认为它就在那儿。

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(从没见过这么牛逼的东西)

想当初埃及人怎么就没想到这么干呢……

  • 注1:把地球想象成真空中的一个球形金字塔……
  • 注2:其实有些夸张,因为发射第二艘阿波罗飞船时能够重复利用第一艘飞船的一些东西,但建造第二座金字塔可没法重复利用第一座金字塔的东西。
  • 注3:阿波罗项目在那时并不受欢迎,人们认为这就是在浪费钱。虽然我们很容易就想起孩子们兴冲冲地挤在电视机前观看登月的场景,但把公众的钱花在太空探索上对于大众来说从来就不怎么受欢迎。就我们所知道的东西来看,金字塔在那时也同样不怎么受埃及人欢迎,虽然金字塔很有可能不是由奴隶建造的,但这不意味着所有人都喜欢它。
  • 注4:正因为如此,许多更加正经的计划只打算建一座不那么高的山,至少它们比其他更加逗比的计划要正经一些。
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14 Responses to “[what if]第95期:重力势能”

  1. ahduka说道:

    终于抢了个沙发,哇哇哇

  2. 于国瑞说道:

    看到最后一段终于忍不住笑出声了

  3. 双头龙的咆哮说道:

    好冷

  4. 香芋说道:

    哇!三峡!

  5. 香芋说道:

    德国人什么时候这么不严肃了

  6. 天际说道:

    ……又黑我大荷兰?

  7. Dig说道:

    如果和春运一次(往返)相比呢?

    • The lonely说道:

      额 考虑的是重力势能。 当然,如果考虑能量耗费吧,13e+次的哺乳动物迁徙 差不懂一座金字塔了吧

  8. Bydoit说道:

    旅行社组织参观这座山会不会被告欺诈?

  9. Illusiwind说道:

    其实你们都不知道,那里确实有一座假山。只不过它是一座埋在地下的用油纸包着的假山。

  10. 喜欢袋泡茶说道:

    为什么点击看英文原文时有部分正文被注解覆盖住,刷新也如此。无法看完成的英文原文,怎么破?

  11. oio说道:

    表示 没看懂

  12. ╮(╯▽╰)╭说道:

    皇帝的新山……

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