摘要:元宵佳节吃汤圆、看花灯、猜灯谜。聪明的人都选择在家吃汤圆,而夫子庙又一次变成了一个大大的锅,里面的人都变成了汤圆。家里的汤圆在锅里上下翻腾,夫子庙里的你挤在路上寸步难行。都是固体(汤圆和你)与流体(水和空气),他们的运动究竟有何区别与联系?本文从力学的角度,探讨下两种“汤圆”的同与不同,并以此展开,讨论了流体中著名的伯努利方程在社会科学中的应用,以此给出缓解交通堵塞的科学方法。本文纯属脑洞,谨慎阅读。

关键字:力学,运动,物理,科学,汤圆,元宵节,夫子庙

引言

又是一年元宵节,作为一个在南京扎根16年之久的新南京人,也曾化身“人肉汤圆”在夫子庙享受过人挤人的乐趣。在欣赏前人后脑勺的同时,也闻遍了人群里的各种味道。今年的夫子庙灯会实行了预约制,凭票进入,但这依然阻挡不了人们的脚步,下图为下午时刻的夫子庙人群。微信群里已经都是夫子庙人挤人的短视频了。

我们村里有一个习俗吃汤圆(我在家里下汤圆)(1)

锅里的汤圆

煮熟的汤圆出锅后变的非常柔软,甚至在自身重力的作用下,都无法保持住其球形。从力学的角度来讲,汤圆的刚度很小,承受的极限载荷大大下降,因此在重力作用下直接变形了,如下图。

我们村里有一个习俗吃汤圆(我在家里下汤圆)(2)

我煮的汤圆在筷子上变形了

夫子庙的人流

游客一入夫子庙,便会不由自主,变成人流的一部分。这里,虽然也有流体(空气)的作用,但是在这种低速情况下,空气的影响完全忽略。唯一需要考虑的大概是人流过于密集,空气稀薄。

我们村里有一个习俗吃汤圆(我在家里下汤圆)(3)

夫子庙的人流

因此,本文的流体取的是人流。人流缓缓往前移动,根本停不下来,符合流体的一些特质,像锅里的水。人作为个体,无法主宰自己的运动方向,要么听从指挥,要么被后人往前推,类似于锅里的汤圆,只能随波逐流。在这里,人既是“汤圆”,也是“水”的一份子。

真汤圆与人肉汤圆的区别与相似

相似之处在于,这两种汤圆都是被动的运动。真汤圆是受重力、浮力和推力作用下的运动,而人肉汤圆是受重力,推力和指挥力作用下的运动。

区别之处在于,汤圆所收到的力都是真实客观的自然力,而人肉汤圆则会收到社会科学的意识力。汤圆运动规律较为复杂,来回往复,无法准确预测,而人肉汤圆运动只能往前,预测简单。

流体中的伯努利方程及交通堵塞

自然科学中,有一个非常著名的伯努利方程。简单来的描述,就是流体流过狭窄的口时,流速会变快,反之变慢。这个原理在自然科学中无往而不胜。然而在人流/车流中却不再适用了,多股人流或车流汇成一股的时候,速度必然变慢,这也是城市堵车的一个重要原因。

人流车流都可看成流体,为何不遵守伯努利方程了呢?最主要的原因就在于人流车流中的个体也是人和车,他具有主动性。在狭窄的路口,为了避免出现意外,选择谨慎驾驶。而自然科学中的流体只受压强的作用,其个体无法控制个体的运动。

由此,我们可以设想,基于伯努利方程,理论上不存在交通堵塞的问题。自动驾驶可能是解决这个问题的一个关键。自动驾驶的车,根据流量设定速度,相当于流体中根据压强确定流速。这样在路口狭窄处,车速反而加速通过,彻底避免了堵车问题。

总结

本文分析了煮汤圆与夫子庙人肉汤圆的同与不同,并以此展开,探讨了自然科学与社会科学中流体的相似性,提出了一个解决交通堵塞的科学方法。

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