沒帶傘,該跑還是該走?物理學家在電視上實驗,教你「最不濕身」的方法!

我是科學訓練師 桑子研。每一天都是實驗。

突然下起雨來,卻沒帶傘!這個時候,你曾經想過要怎樣才能最快、最不濕地抵達目的地嗎?其實,這個問題還曾經出現在入學考試中喔!它是一個有趣的物理學問題,到現在還常常被大家拿出來討論。那麼,實際上的最佳解是什麼呢?針對這個主題,我在2025年1月25日播出的富士電視台節目《Chan House》(早上11點)中,為大家做了科學相關的解說。

去年,我接到了這個節目的邀請。拍攝地點就在我任職的學校,由我負責解說。這個節目會介紹各種冷知識,而我則在其中將科學主題講得既容易懂,又帶點趣味性。

圖片引用自2025年1月25日播出的富士電視台節目《Chan House》。來源:《Chan House》(富士電視台,2025年1月25日播出)

這次我們用了我設計的方法,讓搞笑藝人和田萬壽(Wada Manju)在人造雨中奔跑。看到實驗真的有效,讓我超級開心!

來源:《Chan House》(富士電視台,2025年1月25日播出)

這一次,我就要為大家清楚解釋這個「不濕身」的方法,以及它背後的科學原理!

把人體假設成一個「長方體」吧!

那麼,馬上來看看在節目中沒時間詳細說明的這個方法吧!首先,我們將人類的身體假設為一個「長方體」。

來源:《Chan House》(富士電視台,2025年1月25日播出)

咦?這是什麼鬼?你可能會這麼想,但這是物理學中很常用的方法。把形狀簡化,就能更容易計算。接著,我們假設雨滴均勻地分佈在空氣中,每1立方公尺有 ρ (Rho) 顆雨滴。這樣,準備就緒!

計算擊中身體正面和頭部的雨滴數量!

開始計算。我們將身體正面積設為「S」,頭部面積設為「S」。當你以 v [m/s] 的速度移動時,單位時間(1秒)內擊中身體正面的雨滴數量計算如下:

S × v × ρ [顆]

另一方面,擊中頭部的雨滴,我們將雨滴的垂直落下速度設為 v [m/s],則1秒內擊中頭部的雨滴數量如下:

S × v × ρ [顆]

移動一定距離時,總共撞上的雨滴數量

因此,如果在 t 秒後移動了距離 x [m],那麼在這段時間內擊中的雨滴總數可以用以下公式表示:

(S  v  ρ+S  v  ρ)× t =(S  v  ρ+S  v  ρ)× x/v 

=S ρ x + S  (v / v)ρ x

這裡就是重點啦!

S ρ x 不受速度 v 影響。也就是說,用走的或用跑的都一樣多!

•S  (v / v) ρx 會隨著跑越快而減少。換句話說,用跑的會比較不容易淋濕!

減少淋濕的祕訣

此外,還有各種減少淋濕的小訣竅:

1. 橫著走(像螃蟹一樣):縮小身體正面的面積(S),可以減少迎面而來的雨滴。

2. 低姿勢移動:蹲下來可以減少身體正面的面積,讓淋濕的程度降到最低。

利用雨滴速度的方法

這個跟上面的條件不一樣喔,雨滴落下的速度有多快也是一個很重要的關鍵。在前面的討論中,我們假設迎面而來的雨滴密度不變,與移動速度無關。但實際上,當人移動時,雨會變成像是從斜上方灑下來一樣。這時,只要傾斜身體,做出角度,就能減少正面淋到的雨量。

我們來計算看看。以下的雨滴速度(終端速度)可以作為參考:

•小雨(半徑0.2mm):1.6 m/s

•一般雨(半徑0.4mm):3.3 m/s

•大雨(半徑1mm):6.5 m/s

舉例來說,如果是下大雨,終端速度是 6.5 m/s,而人跑步的速度是 4 m/s(時速 14.4 km)的話:

arctan(4 / 6.5) 約 0.55 弧度,大約是 31 度。

只要將身體傾斜約 31 度,就能讓雨只淋到頭部。透過這樣的小技巧,就能讓身體正面不容易淋濕喔!

總結

結論是:用跑的會比較不容易淋濕!

此外,透過橫著走、低姿勢、傾斜身體等小訣竅,可以進一步減少淋到的雨量。

來源:《Chan House》(富士電視台,2025年1月25日播出)

結論是,節目中建議的行動是「蹲低、身體傾斜約30度,然後用超快的速度跑」。我們就是以此為基礎,請和田萬壽先生進行了奔跑實驗。

來源:《Chan House》(富士電視台,2025年1月25日播出)

跑步與走路的差異

走路:增加 150g;跑步:增加 100g

也就是說,用跑的真的比較不會濕。電視台竟然想到用體重來測量淋濕的雨量,這創意真是太棒了!

蹲著跑的情況

增加 50g

結果就如理論所預測,這是最不容易淋濕的方法。

不過,根據和田萬壽先生的說法,這個方法的缺點是「非常累人」。

下次再遇到下雨天,請務必把科學當作你的盟友,挑戰看看這個方法吧!物理學就是這樣,會提供很多對日常生活有用的訣竅呢。未來我也會繼續為大家帶來更多充滿「原來如此!」的科學話題!

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