特斯拉电动皮卡的防弹玻璃为啥会被钢球砸碎？这是一道高中物理题
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乾明 鱼羊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
马斯克，硅谷钢铁侠，全世界最具煽动力的企业家。
旗下公司特斯拉最新电动皮卡，一经亮相就欢呼一片，传播到炸，看起来又要重新定义一个品类。
然而也有网友“提醒”——如今的马斯克和特斯拉，往往新品发布猛如虎，真到交付原地杵，交货时间和质量还得再观后效。
而且这次电动皮卡的故事，还讲到了火星上。
另外，这一次甚至都还没轮到交货“翻车”，现场演示就尴尬破功。
现场演示的过程中，号称能防弹的玻璃，并没有完美挡住助手甩出的钢球。
当场被来了个double kill。
现场一度非常尴尬。
这个场面也引起了广泛讨论，有人吐槽质量，也有人认为可能是失误。
但也有不少人认为，这是不是马斯克故意进行一场PR，为了更多的传播和销量而故意为之？
有人较真了。
来自美国路易斯安那东南大学的物理学副教授瑞德·阿兰（Rhett Allain），用物理学知识进行了分析，解释了马斯克为啥会翻车。
而且里面用到的基本上都是高中学的物理知识，整个过程就相当于解一道题。
不过在开始分析之前，还是先快速还原下现场~
马斯克翻车始末
北京时间周五中午，特斯拉皮卡发布，名为Cybertruck。
为了展示车窗防弹玻璃强悍的性能，马斯克大手一挥，让助理拿着钢球上场。
对准车窗砸过去，然后意想不到的一幕发生了，玻璃应声而碎。
尴尬……刚才测试的时候，不还是好好的吗？
在助手上场之前，马斯克还先进行了一些铺垫。
先是放上普通汽车玻璃，钢球落下，玻璃碎了。
然后换Cybertruck的玻璃测试，从更高的地方落下来都毫发无伤。
马斯克说，是不是用劲太大了？在他的示意下，钢球又砸向了后窗玻璃。
尽管力度已经减小了很多，但玻璃还是非常脆弱。
这……好吧，理解万岁！
马斯克随后也解释说，还好没有穿过去，看来交付之前还有很多的事情要做。
然后，他站在砸碎的车窗玻璃前，硬生生开完了整场发布会。
那为啥防弹玻璃能够经受住高处的自由落体，却被随手甩出的钢球砸烂了？
物理学分析：和安装方式有关
瑞德·阿兰决定用物理学知识揭开答案。
先来看一下垂直往下砸的情况。
虽然这位工作人员没说他到底爬了多高，但从视频中可以看到，球在管道末端出现，掉落到玻璃板上的时间大概是0.267秒。
粗略假设初速度为0，加速度为g=9.8m/s，根据公式：
这段距离就大概是0.35米。
工作人员放下钢球的高度大概是这段距离的10倍，那么球到玻璃板之间的距离就是3.5米。当然不精确，不过对这次分析而言也足够了。
知道了下落高度，根据v^2 = 2gh这个公式，就可以计算出钢球撞向玻璃板时的速度，约为8.3m/s。
而市面上出售的棒球大小的钢球大概有1.9kg重，那么根据动量p = mv，就可以算出钢球冲击玻璃板时的动量为15.7kg·m/s。
动能K则可以根据公式K =1/2*m*v^2计算，为65.5J。
也就是说，特斯拉皮卡采用的玻璃板完全能承受住15.7kg·m/s的冲击。
那么接下来，我们就来看看“翻车”现场到底发生了什么。
首先需要进行一些必要的假设：
工作人员的投掷动作，让钢球从静止到达到最终速度时，移动了大约1米的距离。
球的加速度不变。
从视频中得到，钢球的运动时间约为0.27秒。
因为加速度不变，平均速度就等于初始速度和最终速度之和除以2，同时也等于总路程除以总时间。
于是就求出了“翻车”现场钢球砸向车窗玻璃的最终速度是7.4m/s，动量是14.1kg·m/s。小于从3.5米高度垂直下落测试中的15.7kg·m/s。
按照这个结果，车窗玻璃应该就像马斯克说的那样不会碎才对，那么是哪里出了问题？
可能是和安装方式有关。
在垂直下落测试中，玻璃板用夹具固定。这些夹具不是完全刚性的，也就是说在受到钢球撞击时，玻璃板的移动空间比较大。
△Rhett Allain绘制
而在特斯拉皮卡上，玻璃板被牢牢固定在车门窗框里，位移空间比较小。
△Rhett Allain绘制
假设在垂直下落测试中，玻璃被撞击时移动了1厘米，而“翻车”现场，玻璃仅移动了0.2厘米。那么根据公式：
在动能变化大致相同的情况下，固定在窗框中的玻璃承受的力，就5倍于垂直下落实验中玻璃承受的力。
于是，马斯克“翻车”了。
翻车引热议，但预定依旧喜人
“翻车”事件一出，有网友调侃道：一定是隔壁车厂派来捣乱的。
有人解释说，可能是发布前这个车进行了一轮测试，车窗玻璃已经受过一轮攻击了。
但也有不少网友指出，这也不算翻车，防弹玻璃本来就是这样的，不防碎裂而是防穿透。
发布会结束后，特斯拉的股价也受到了影响，当天下跌6%，市值缩水近40亿美元。
不仅仅是马斯克现场翻车，也是因为这辆车并不被分析师看好：皮卡核心是拉货能力，特斯拉的皮卡造型虽酷，但忘了“初心”。
但这些，似乎并没有影响用户的选择。
根据马斯克最新发表的推文，这辆被他称为未来火星官方用车Cybertruck，已经获得了14.6万个订单，其中17%选择单电机后轮驱动，42%选择双电机全轮驱动，41%选择三电机全轮驱动。
它们的续航距离分别为250英里、300英里和500英里，定价也分别为39900美元，49900美元和69900美元。
现在预订费用100刀。以此来算，马斯克已经拿下1400.6万美元收入，预期收入将达到82.3亿美元。
而且，这辆车还有全自动驾驶功能可供选择，但要加7000美元，所以马斯克到时候估计能赚更多。
最后，马斯克也在Twitter上找了场子，发了一个视频说，发布会前也进行了测试，但玻璃并没有碎。
从视频中展示中的情况来看，瑞德·阿兰的分析还是有点道理的，玻璃板的移动幅度明显很大。
你怎么看？
One more thing…
还有一个问题值得大家关注，这车在中国吃得开吗？
从大家对车型的反映中来看，还真会有不少人愿意掏钱买车。
但能够开进城吗？
要看国家规定了，在中国各地的政策并不一样。许多城市都要求，如果皮卡进城要采取贴反光条等措施。
△图源：微博网友@陈不好玩V
在河北等地，现在政策逐渐放宽了进城限制。在北京这样的一线城市，皮卡则有更严格的限行措施。
就算你有京牌，也只能在23:00-6:00之间进入城区，其他时间都不能驶入北京五环。
但按照规定，从2018年起，北京的皮卡车将享受和乘用车同样的待遇，车身上也不用贴反光条和车门喷漆标识。
更为关键的是，现在皮卡不用摇号就能上京牌，也成了很多人的折中选择，并带动了销量：
有调查数据显示，北京皮卡在2019年的累计销量同比增长了452.8%。
但是，就算你喜欢特斯拉的皮卡，估计还要等几年。
官方预定页面显示，Cybertruck在2021年底开始生产，最贵的三电机全驱车型，到2022年底才开始生产。
按照马斯克经常重新定义时间的习惯，到时候能不能交付恐怕没那么乐观……
参考链接：
https://www.wired.com/story/a-physics-analysis-of-teslas-shattered-cybertruck-windows/
— 完 —
原标题：《马斯克皮卡的防弹玻璃为啥会被钢球砸碎？物理学教授：这就是一道高中物理题》
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