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下雨天步行淋的雨多,还是跑步淋的雨多?

本帖由 漂亮的石头2016-03-26 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    日报标题:下雨天跑步真的比步行淋雨少吗?不一定

    [​IMG] qcmsqas,理论物理博士 / 计算机软硬件爱好者 / 可怜的生科博士的老公

    先说结论:

    如果你顶风前行,越快受雨越少。

    如果没有风,越快受雨越少。

    如果顺风前行,而且风力大于 1 级(也就是你能明确感觉到风力),那,保持跟风速一致受雨最少,再快受雨会增加。

    首先,我们用高中学到的著名运动学解题工具——坐标系变换。

    在地面坐标系里计算,不容易。我们在雨水所在的坐标系来解这个问题。

    雨水接近地面时,基本是速度均匀,空间密度均匀的分布。所以在雨水坐标系内,人划过的面积就是人的受雨量。

    如果不好理解,可以想象,雨水是静止的,人在向斜上方运动,撞进雨水“堆”中。这和人横向移动,雨水下落,是一样的。

    雨水速度一般较小,细雨 2 m/s,暴雨最大也就 9 m/s。

    1、无风情况下

    [​IMG]

    我们 Follow @戴志响的假定,将人约化为方形。

    如上图白色块所示,人划过雨水的形状(在雨水坐标系中)是一个斜的柱体,我们将其拆成两个平行柱体来计算(右图)。

    先声明变量,人的正面积是[​IMG]上面积是[​IMG],雨水下落速度[​IMG],人运动速度[​IMG](怎么是个男人?女生还是不要淋雨的好……),雨水空间密度[​IMG],人在地面系运动距离[​IMG](知乎的 Tex 公式下标怎么不支持汉字 orz)看右图,横向受雨的平行柱体,底面积为人的正面积,高就是横向移动距离[​IMG]。而纵向受雨的平行柱体,底面积是人的上面积,高是运动时间 * 雨水下落速度,也就是[​IMG]横向受雨[​IMG]纵向受雨[​IMG]人的受雨量是[​IMG]。这正是 @戴志响的答案。

    当没有风的时候,人跑越快,受雨量越小。

    2、来风了,问题严重了,冷冷的冰雨在脸上胡乱地拍。

    风来了,那么人在雨水坐标系中运动的距离,就不是定值了。

    我们继续声明变量,由于风的作用,雨水多了横向速度[​IMG]。当然,我们仍然可以在雨水坐标系下求解这个问题,不过嘛……人在雨水坐标系划过的横向距离就不一定了……

    人在雨中的运动,仍然可以用上面的图来表示。

    我们定义人运动的方向为正方向,风速有可能正,也有可能负。

    此时,人在雨水中横向运动距离,要用人相对于雨的速度,所以在雨水坐标系中的横向位移变成了:

    [​IMG]

    于是,人的横向受雨量[​IMG][​IMG]

    人的纵向受雨量仍旧是[​IMG]

    人的总受雨量为:

    [​IMG]

    我们分情况讨论:

    当人速度小于风速时,也就是你被风推着走的时候。

    [​IMG]

    此时结论简单,人跑越快,受雨约小。可是当你加速到大于风速时,就不符合这种情况了。

    当人速度大于风速时,也就是顶风(风速为负),或者小顺风,也就是还有雨拍到脸上的时候。

    [​IMG]

    这就有问题了,要看风速有多大。

    如果[​IMG],那么,人移动的速度越大,受到的雨水就越少。

    如果[​IMG],那么,人的移动速度越小,受到雨水就越少。

    综合上面两种情况,也就是说,

    如果[​IMG],你就尽量跑快以减少雨水作用在你身上(这种情况包括顶风,因为顶风时风速为负,一定小)。

    如果[​IMG],你就保持跟风速相同,则受到雨水最少。

    由于人体正面面积比上面面积大很多,还是风速更容易获胜。保持跟风速相同是最优解的情况最常见。

    我们看实际生活中会不会遇到这两种情况:

    继续借用 @戴志响的数据,成年人正面面积约为 0.4 m2,上面积约为 0.06 m2。

    雨水速度 2 m/s-9 m/s,风速到六级可以达到 13 m/s。

    我们取几种顺风的情况,看下受雨量(纵轴)和人速(横轴)的关系:

    [​IMG]

    可以看到,除非是大暴雨,且风力很小(小于 2 级),才满足[​IMG]。其他各种情况都满足[​IMG]

    好了,下面我们可以得到结论了

    如果你顶风前行,越快受雨越少。

    如果没有风,越快受雨越少。

    如果顺风前行,而且风力大于 1 级(也就是你能明确感觉到风力),那,保持跟风速一致受雨最少,再快受雨会增加。

    阅读原文
     
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