投掷的高度极限

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  问题:人类扔东西的极限高度是多少?
  人类擅长投掷。事实上,是非常擅长。除了人类,其他动物都无法像我们这样投掷物体。


  黑猩猩倒是会扔自己的粪便(在极少数情况下,会扔石头),但它们做不到像人类这样精确地投掷。蚁蛉会扔沙子,但它们不会瞄准。射水鱼通过喷射水滴捕食昆虫,不过它们用的是特殊的嘴而不是胳膊。角蜥会从眼睛里射出一股血,能长达1.5米。我不知道它们为什么这樣做,因为无论何时,只要我在文章中提到“它们从眼睛里射出一股血”,就会停在那儿一直盯着这句话,直到我不得不躺下来为止。


  虽然其他动物也可以抛掷物体,但我们是唯一能任意抓起随机物体并且锁定目标的物种。事实上,我们确实很擅长投掷,有研究人员甚至认为,投掷在现代人类大脑的进化过程中扮演了举足轻重的角色。


  投掷很难。为了把球投给击球手,投手扔出球时必须在一个恰好正确的位置松开球。在任一方向上,哪怕是半毫秒的时间误差,也足以让这个球错过好球带。
  换个方式说,最快的神经刺激要穿过胳膊的长度,需要大约5毫秒。那就意味着,当你的胳膊还在转向正确位置时,松开球的信号就已经传到你的手腕了。就时机而言,这就好像是鼓手从第十个故事落下鼓槌,在恰当的鼓点上敲响鼓面。


  相比于向后投掷,我们好像更擅长向前投掷。因为想扔得高,向前投掷时,投掷物的轨迹会向上弯曲;小时候玩的飞盘,经常会卡在树的顶端。但我们也可以用类似下图所示的装置来帮忙,这样就能避开整个问题。
  可以是一个跳板,或一个加了润滑剂的陡斜坡,甚至是一个悬挂的吊索——任何在不增加也不减少物体速度的前提下改变它的运动方向、使它向上运动的装置都可以一试。当然,我们也可以试试下图中的这个。
  当然,当然,还是最初的那个导向装置盒看起来更简单。
  我做了基本的空气动力学计算,得出了以不同的初速度扔棒球能达到的高度。我将以长颈鹿作为测量高度的单位,投掷的高度极限用图来表示。


  棒球以外的其他投掷物是什么情况呢?显然,借助工具的帮助,比如吊索、弓弩或是回力球上的那种装置,我们能以更快的速度发射投掷物。但在这个问题中,我们还是假定以不借助工具的方式投掷吧。
  棒球可能并不是最理想的投掷物,但选用其他物品的话,很难收集到速度数据。幸运的是,一位名叫罗尔德·布莱德斯托克的英国标枪运动员举办过一次随机物品投掷大赛,在比赛中,从死鱼到厨房水槽,他几乎扔过所有东西。布莱德斯托克的实验给我们提供了许多有用的数据(和许多没用的)。值得注意的是,这些数据显示,有一种特别具有潜力的投掷物——高尔夫球。
  专业运动员扔高尔夫球的记录少之又少。幸运的是,布莱德斯托克扔过高尔夫球,他声称投掷距离为170米(从投掷点到首次触地点)。这要考虑投之前的助跑,但即使如此,仍然有理由相信高尔夫球是比棒球更好的投掷物。这是有道理的,棒球投掷的局限在于从胳膊到手肘的扭矩,投掷更轻巧的高尔夫球能使胳膊转动得更快一些。
  将棒球换成高尔夫球,速度的提升可能并不明显,但似乎有理由相信,专业投手经过一定时间的训练,能够以更快的速度投出高尔夫球。因此,基于空气动力学的计算,阿罗鲁迪斯·查普曼投掷高尔夫球,很可能会投出16个长颈鹿高度。
  这大概就是人类投掷的极限高度了。
  除非你用点儿……比如下图中的这种小技巧,那么任何一个5岁小女孩都能轻松打破这个纪录。
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