如何看待物理雷老师的「徒手劈砖实验」？普通人真的能轻松徒手劈砖吗？

Huxley，今人不见古时月，今月曾经照古人 阅读原文

论直接劈砖与磕砖

按：分析了“直接劈砖”与“磕砖”两种开砖方式，算例表明，磕砖实属无趣行为。

1、直接劈砖


图 1 直接劈砖示意图

视频中的磕砖实际相当无趣，我们少年时根本不屑这么玩儿，就实实在在地劈砖，参见图 1。劈砖道具最常见的是工地上的红砖。普通红砖的尺寸是：



参考砂浆强度等级 M2.5 时烧结普通砖的弯曲抗拉强度，取红砖弯曲抗拉强度：



计算红砖断裂所需弯矩：





假设将红砖沿长向



的长度放至桌面，则伸出长度：



假设手掌着力点距离端部



那么纯力臂:



于是可得红砖断裂所需要的手掌劈砖冲击力：



据有关资料，武松右拳的冲击力约 970 公斤强，泰森左、右拳分别是 500 公斤和 800 公斤，普通健壮男性拳力可达 150 公斤左右。另有统计资料表明，只须稍加锻炼，掌的力量一般可达拳力的 1/10 以上。综上所述，普通健壮男性掌力可达 15 公斤以上，完全可以单掌开砖，遑论武松、泰森辈。

2、磕砖

虽然从实践上看磕砖有点无聊，但分析一下还是有趣的，磕砖的初始状态见图 2，令其有一初始小角度。


图 2 磕砖初始状态图

考虑角度为小量，在砖磕到桌面之前，砖的动力方程：



其中表示手掌加砖自重的作用力矩、砖绕左端点的转动惯量和砖的质量。积分并考虑初始条件：





据此计算砖磕到桌面的时间和此刻的角速度：；

假设砖经桌面碰撞时间后静止，沿砖长度方向的速度和加速度：

；

;

记砖的线密度，则砖受到向下的分布惯性力：



考虑砖磕到桌子的时刻，计算此时桌子边缘处砖截面的弯矩：











取为断裂弯矩，即：



则有：



令：



则：





记作：



这是关于的二次方程，其中系数：







解出，即得磕砖力：



举例：

直观起见，下面计算一个例子。具体地，取初始小角度：



红砖密度：



冲击时间：



依次计算参数：



红砖质量：



红砖转动惯量：



红砖线密度：



抗弯模量：



于是可得方程系数：











那么：









故得到磕砖至断所需掌力：







可见“磕砖”致其断仅需掌力 1 公斤左右，无怪乎柔弱女士亦能为之。“磕砖”之无趣盖在于此，是故壮男子不屑为。

致谢：关于碰撞时间的取值，知友 @Just4funli 提供了有益的建议以及相当专业的参考文献，特此感谢！


关于碰撞时间 的说明

上文取碰撞时间



这里给出一种理解方式（注意不是证明，而是增进对于取值的直观理解，这是因为碰撞宽度极小，它的取值带有主观性且影响极大）。简单起见，假定桌面比较刚硬，考虑整砖中有一窄条直接与桌面碰撞，计算碰撞周期:



取 M2.5*MU10 红砖抗压强度（参见附表 1）：



（注意：此处原则上应取砂浆强度为零时烧结砖的抗压强度标准值或平均值，但砂浆强度为零时的弹性模量公式找不到。故以 M2.5*MU10 的设计值替代。此举并不影响获得数量级上的概念。）

则 M2.5*MU10 红砖弹性模量（参见附表 2）：



取相对碰撞宽度 (by try and test)：



那么碰撞周期：



故碰撞时间：



附表 1：


引自砌体规范 GJ50003-2001

附表 2：


引自砌体规范 GJ50003-2001
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