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椰子硬,还是人类的头硬?

本帖由 漂亮的石头2021-11-22 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    [​IMG] 瞻云,科普人,公众号「瞻云」 阅读原文

    椰子硬度可高于人类幼年体,比人类老年体更结实,但通常不强于人类成年体。

    在某些力学性质方面,人类成年体骨头完爆椰子。

    但椰子能砸死人类成年体,是毋庸置疑的。

    以下是数据对比:

    首先,不用的材料适用于不同的硬度标准。

    例如脆性较大的玻璃、钻石、陶瓷等材料,适用于莫氏硬度。而具有较高抗性变能力的各类钢材,通常用洛式、布式硬度。

    无论椰子还是人类的头颅都具有较大的抗性变能力,所以并不适用于莫氏硬度。

    而性质相近的材料,洛式、布式硬度,通常和材料的强度(抗拉 / 抗压极限)是呈正比的。

    所以,要比较椰子和人头颅的硬度,实际比较强度就可以了。

    椰子壳的力学性质如下[1]:

    [​IMG]

    根据经纬方向不同,椰子的强度极限大约是 22.6~59.5MPa 之间。

    杨氏模量 1~2GPa,值得注意的是,新鲜椰子壳的弹性模量只有 500MPa。

    从数据来看,椰子壳的力学性质实际和稍微结实的木材相当。

    人类头颅的力学性质如下[2]:

    [​IMG]

    可以看出人类头颅的弹性模量,可达 2~6GPa,从弹性模量来说,人类(类人猿)的头颅的确强了 4~12 倍(这里数据是新鲜头颅和新鲜椰子壳对比,干燥的椰子壳则 1~6 倍)。

    另外一份人类头颅的弹性模量数据,也是在此区间[3]:

    [​IMG]

    值得说明的是,不同的研究方法和研究材料,可能得到不同的数据结果,但通常差异不大。

    接下来看看类人猿额骨和顶骨的强度极限:

    [​IMG]

    人类骨头不同湿度的压缩极限强度[4]:

    [​IMG]

    可知,根据不同骨头,以及干湿度,人类骨头的强度在 40~76MPa 之间,但也只是比椰子壳强那么一点点。

    由于人类头骨和椰子壳的强度都是一个范围区间,而且各自区间有交叉。

    所以,在一定的条件下,人类头骨并不见得比椰子壳的强度更高(虽然平均来说,人类的头颅比椰子壳的强度稍高,约 1.5 倍左右)

    年龄过小或者年龄过大的人类,头颅的强度都可能无法和椰子相比。

    虽然人类的骨头弹性模量高大 165GPa 的羟磷灰石所组成,但它通常只占骨头的三分之二,其他部分则是由胶原纤维所组成,胶原纤维的弹性模量为 1GPa 左右。

    人的股骨拉伸状态时的弹性模量上限可达 18GPa,虽然比起钢材差远了,但也非椰子壳远远能比。

    但是,随着人类骨头的羟磷灰石和胶原纤维的比例,骨头的力学性质也是千差万别。

    例如小儿的骨头胶原纤维比例更高,具有更强的柔韧性,但强度不高。老年人的骨头,虽然无机物比例更高,又因为骨质疏松,表现出极差的力学性能。

    当然,成年人羟磷灰石和胶原纤维的适中比例,即可避免骨头的过易屈服,又能避免过易的脆性破坏。

    往往表现出超强的力学性质:

    [​IMG]

    股骨、胫骨之类的需要强支撑性的骨头,强度可达 120MPa,可用碾压椰子来形容了。

    成年人骨头的硬度通常比木头稍强,大约和砖、砂岩的硬度相当,为铅的 1/4,钢的 1/10[5].

    虽然总体上来说,成年人骨头力学性质强于椰子壳,但我还是不建议诸位成年人亲自实验。

    • 首先,椰子不会痛。
    • 其次,椰子壳造成了 50%的形变,只要不破漏掉椰汁,就完全不影响吃。你的脑子哪怕只造成 1%的形变,就可能影响用。

    除此之外,人类的头骨是组装起来的,尤其是头骨,是一块块拼装在一起的,中间由更为柔韧但强度更低的组织链接。这有益于人类脑容量的增大,也有益于受到撞击时力量的缓冲(粘弹性)。

    但是,这样的结构,却容易让相关部位骨折。尤其是像太阳穴下翼点这样的地方,由蝶、顶、额、颞四骨,汇合成“H”形缝隙,当受到外部冲击力时,由于过于薄弱,这些部位承受的压强将会远远高于骨肉强度上限。

    当额头受到正面冲击时,冲击力会往后传播,造成额结节、翼点、颞骨等部位承受最大的应变。[6]

    也就说,即便你被高空坠地的椰子袭击在额头上,额骨没事儿,但相关连接部位同样可能骨折。

    侧面受到冲击时,下颚骨和颞骨容易发生骨折。

    头顶冲击时,可在冲击点形成凹陷区,线性骨折发生于外弯曲区,环状骨折发生于内弯曲区。

    通常来说,相同的冲击力,侧面冲击最为致命。

    椰子:

    真是奇怪了,人类为什么要拿脑子和我比硬度?真是人类迷惑行为大赏。

    俺每年都砸死 100 多个人类,俺就用行动说话,不和你们比数据。

    阅读原文
     
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