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量子计时器
2012年伦敦奥运会200米自由泳比赛中,中国选手孙杨和韩国选手朴泰恒以1分44秒93的成绩并列第2名。可是在开赛前,提供计时器的公司曾经说过这次伦敦奥运会的比赛将不会出现成绩并列的情况。
嘎嘎猪:为什么这个公司会这么说呢?
卡西奇:因为他们所使用的是量子计时器,看,就是这个不起眼的铁盒子。它有多精确呢?
计时工具1:钟表
我们熟悉的钟表,最小单位是秒,就是说可以精确到1秒。
钟表说:可是我分辨不出0.4秒,所以你们俩是一起到达的。
小圆盘里的是分针:走完一圈需要30分钟:长的那根是秒针:60秒/圈。
秒表:我的最小刻度值是1/5秒=0.2秒,所以我可以判定是嘎嘎猪跑得快。
卡西米:看来,计时工具可以影响比赛结果呢。
那么,如果嘎嘎猪比卡西奇只快了1/10000000秒呢?
1/10000000=0.0000001秒
量子计时器:终于到我上场的时刻啦!即使嘎嘎猪比卡西奇只快了0.0000001秒,我也能测量出来!
伦敦奥运会时,量子计时器将时间精确到了微秒。
1毫秒=0.001秒
1微秒0.000001秒
人眨一次眼睛需要多长时间呢?350000微秒=0.35秒
所以,我们看到孙杨和朴泰恒的成绩是一样的——1分44秒93。
那,如果他们的到达时间相差0.00000001秒呢?量子计时器也无能为力啦。所以,孙杨和朴泰恒有可能并没有完全“同时”到达哟。
游泳也要看身高
卡西奇:我们的奥运冠军孙杨还是个大个子呢!身高达到了198厘米。
嘎嘎猪:相比之下,朴泰恒可就矮了不少,只有183厘米,不过,还是比我高好多!
身高在游泳比赛中是不是也是一种优势呢?
当选手的手碰到池壁的时候,就算他已经到达了终点。理想状态下,他们触壁的时候身体是伸直的,因此他们实际游泳的距离按照他们的脚的位置来看:
孙杨:200-1.98=198.02米
朴泰恒:200-1.83=198.17米
时间:1分44秒93
如果一定要算出他们的速度,那么孙杨和朴泰桓谁的速度更快一点儿呢?薯条们要不要拿出笔来算一算?
嘎嘎猪:看来,为了做一名未来的游泳健将,我也要快点长高。
有没有抢跑
卡西米拿着发令枪,“砰”的一声,在图中第8跑道和第1跑道的嘎嘎猪和卡西奇同时起跑。
田径赛场跑道整个宽度为10米,假设大家都站在跑道中央,嘎嘎猪和卡西奇之间的距离为7米。
所以,发令枪响后,嘎嘎猪要比卡西奇晚多少时间听到枪声呢?
在20℃时,声音在空气中的传播速度是343米/秒。
7÷343≈0.0204秒
别小看了这0.0204秒,有时两名选手的差距只有1/10000秒呢!
卡西米:现在的发令系统已经电子化了,枪响会通过每个运动员背后的扬声器进行潘放。
嘎嘎猪:嗯,这样就公平了。
卡西米:等一下,嘎嘎猪,你刚才抢跑了。
嘎嘎猪:怎么会呢?我是在发令枪响后0.05秒才起跑的呀!
卡西奇:没错,助跑器可以测量运动员在听到枪响后多长时间才起跑,但是反应时间必须在0.1秒后!
科学研究表明,人类对声音的反应极限是0.1秒。也就是说,如果你在0.1秒之内做出了反应,那么肯定是在没有听见发令枪响便已经起跑。当然算抢跑啦!
压哨球的诀窍
卡西奇:嘎嘎猪快来看,法国和英国的女篮比赛进入加时赛啦!
嘎嘎猪:哇,法国选手杜莫克最后1秒投了一个压哨三分球,最后以80:77终结了比赛。
卡西米:可是我明明看到球进入篮筐的时候,终场哨声已经响过了,比赛已经结束了。
嘎嘎猪:压哨球,是指选手在裁判吹响哨声前出手,只要你在比赛结束前将球投出,不管过了多久才投进篮筐,都算得分哟。
假设篮球的运动轨迹为直线,这个距离是13.158米。
如果要求篮球的平均速度是多少,怎么求呢?
所有条件都给出了,薯条们来算一算吧!
13.158÷0.15=87.72米/秒
嘎嘎猪:哇,速度这么快,怪不得每次被篮球砸到都很痛!
猜猜这是什么项目的比赛?你答对了,是花样游泳。
嘎嘎猪:可是,怎么觉得这张图片有点奇怪呢?
薯条们,你们有没有觉得哪里不对劲儿呢?来看看这张图片:
对啦,因为空气和水的折射率不同,把笔放进水杯的话,会看到笔“断”了。
我们所看到的花样游泳的照片是经过处理的。
卡西奇:光在真空中的速度,在空气中的速度和在水里的速度都是不一样的。所以,有时水里的东西会“断”掉!
嘎嘎猪:看来,眼睛看到的不一定是事实!
之前,由于光线在水中和空气中的折射率不同,不能同步地从水上和水下进行拍摄。但是现在日本NHK公司最新的双胞胎摄像机已经可以将水上和水下两个镜头拍到的图像进行处理,得到一个完美的画面啦!
每四年一届的奥运会不仅仅是运动员的盛会,还是科学技术的大比拼,在薯条们看不见的背后,有很多科学家们为了让奥运更公平、更公正、更好看而努力呢!