特斯拉皮卡的防彈玻璃，為什麼會被小鋼球砸碎？_風聞

來源：環球科學

圖片來源：H.W. CHIU/AP

來源 | Wired等

編譯 | 吳非

上週五，在洛杉磯的特斯拉設計中心，埃隆·馬斯克正式公佈了特斯拉的首款電動皮卡——Cybertruck。這款公眾期待已久的車型，充滿了能夠吸引大眾目光的亮點：靈感源自《銀翼殺手》、充滿未來感的外形；超越跑車的百公里加速能力；未來將登陸火星的特殊使命……

然而，令馬斯克始料不及的是，整場發佈會卻被一枚鋼球搶了風頭。在驗證“特斯拉裝甲玻璃”結實程度的測試中，馬斯克遭遇了尷尬一幕：Cybertruck的防彈玻璃，意外地被鋼球砸出了兩個洞。

現場“翻車”

當時，現場到底究竟發生了什麼？讓我們先來回顧下當時的情形。

在這次意外之前，Cybertruck已經順利通過了幾輪測試：馬斯克的助手手持大錘揮向Cybertruck的車門，車門紋絲不動；

從3米多高落下的鋼球砸中這款皮卡使用的防彈玻璃時，玻璃也毫髮無損。

接下來，信心十足的馬斯克指揮助手將同一枚鋼球扔向Cybertruck的前窗玻璃，意外卻發生了：玻璃被砸碎了。

現場氣氛瞬間尷尬了起來。馬斯克試圖挽尊：“看來扔的力氣大了點”“好在（鋼球）沒有穿過玻璃”。為了挽回顏面，助手小哥拾起了鋼球，減輕力度向後排玻璃擲去……

一秒鐘之後，double kill達成。

對於這樣的場面，馬斯克也不知道怎麼解釋了。隨後，他站在這兩面破損的車窗玻璃前，完成了接下來的演講。

儘管馬斯克無法解釋這個意外，但在美國東南路易斯安納大學的物理學家Rhett Allain看來，這次“翻車”是物理學原理可以解釋的。在一篇刊登於《連線》雜誌的博文上，Allain用簡單的力學知識闡述了這一事件的機理。

背後的物理學

問題到底出在哪？為什麼同樣一枚鋼球，從高空自由落體時，特斯拉的裝甲玻璃可以抵禦其衝擊力；但輕輕地砸向安裝在原型車的玻璃時，卻會將玻璃砸碎？

為了找到答案，Allain首先分別估算了這兩種情況下，玻璃受到的衝擊力，也就是衝量大小。

首先是從高空落下的鋼球。從上文的動圖可以看到，馬斯克的助手爬上了一架梯子，隨後將小球沿着管道釋放。這樣的過程，可以用最簡單的中學物理知識來模擬：鋼球的下落近似於自由落體。因此，鋼球最終砸向玻璃的速度，就完全取決於它的下落距離。

這樣的距離如何估算？Allain注意到了兩個細節：第一，如下圖所示，鋼球從出現在管道的底部，到落在玻璃上，這段時間是可以通過數幀數準確算出的。Allain測得，這段時間是0.267秒；

另一方面，根據下圖進行估算，可以認為這段距離，是鋼球完整下落高度的十分之一。將這些信息帶入自由落體的公式（重力加速度g取9.8 m/s2），算出鋼球的下落距離是3.5米。因此，鋼球砸向玻璃的速度是8.3 m/s。

下一個問題，是估算這枚鋼球的質量。對此，我們沒有準確的數據，但是可以根據在售的鋼球進行估計。在市面上，這樣一枚棒球大小的鋼球，質量大約是4.2磅（相當於1.9千克）。

於是，Allain採用上述數據，算出了鋼球落下的動量為15.7 kg·m/s。

那麼，當馬斯克的助手進行破壞性的一擲時，鋼球的動量是變得更大了嗎？

同樣，Allain對這個過程中的動力學數據進行了估算。為此，Allain首先根據視頻，做出了以下3條假設：

**·**助手投球時，鋼球與玻璃的初始距離是1米；

**·**鋼球在飛行過程中，加速度保持不變；

**·**通過視頻判斷，鋼球的飛行時間大約為0.27秒。

基於這樣的假設，再加上小球的初始速度為0，我們很容易算出鋼球砸向玻璃的速度是7.7 m/s2。相應的動量也隨之得出：14.1 kg·m/s。

慢着，你可能也注意到了，砸碎玻璃的這一擲，動量是14.1；而鋼球從高空落下時，動量更大（15.7）。即使考慮到估算過程中的誤差，自由落體的鋼球對玻璃的衝擊力，至少應該與擲向玻璃的鋼球相當，但為什麼兩塊玻璃的狀態出現天壤之別呢？

問題的關鍵

Allain指出，造成不同結果的關鍵區別，在於兩種情況下玻璃安裝方式的差異。

小球自由落體時，玻璃是被8只夾具固定住的。這種固定方式不是完全剛性的，允許玻璃在受到衝擊時，出現一定的位移。

但當同樣的玻璃被鑲嵌在車門中，玻璃被牢牢固定住，位移的空間遠遠小於前者。

上述計算已經告訴我們，在這兩種情況下，小球以幾乎相同的速度（或者説動量）撞向玻璃，隨後受到玻璃的作用力而停下來。當玻璃被嵌在車窗中時，玻璃的位移（以ST表示）較短；而被夾具固定的玻璃，位移（Sg）更長。

繪圖：RHETT ALLAIN

根據動能定理，我們知道玻璃在這一過程中做的功等於作用力與距離的乘積W=F·S。

這時，你可能已經發現端倪了：玻璃做的功等於小球動能的變化，而玻璃做功的效果，都是讓小球停了下來。小球初始動能相當、最終的動能都是0，因此，這兩種情況下，玻璃做的功相等。

終於，答案呼之欲出：**被嵌在車窗中的玻璃位移更短，因此受到的作用力更大。**基於現有的數據，我們無法準確計算兩者作用力的差距。Allain做了一個簡單的假設：被夾具固定的玻璃受到衝擊時，位移為1釐米；嵌在車窗裏的玻璃位移2毫米。這時，後者受到的衝擊力，是前者的5倍之多，因此破裂的可能性也就大大增加了。

值得一提的是，事後馬斯克終於在Twitter上成功挽尊：看，我們私下的鋼球測試很成功嘛。

不過，發佈會現場的“翻車”畫面已經成為事實。在發佈會後，用户的反饋如何？我們看到了一些有趣的數據：

一方面，馬斯克公佈了喜人的銷售數據。在Cybertruck發佈的當天，他們已經接到了14.6萬張訂單。其中，Cybertruck的單電機、雙電機及三電機版本銷量分別佔17%、42%和41%，這三款車型的售價分別為3.99萬美元、4.99萬美元與6.99萬美元。因此，特斯拉當天的預期收入就達到了82.5億美元。截至目前，Cybertruck的訂單量已經接近20萬張。

但另一方面，市場卻給出了相反的反饋。發佈會次日，特斯拉的股價下跌了6.14%。與此同時，特斯拉在皮卡領域的主要競爭對手福特和通用汽車的股價上漲了約2%。根據福布斯的數據，馬斯克的個人淨資產在一天之內縮水了7.68億美元（相當於54億人民幣）。

當然，市場對Cybertruck的唱衰是出於多重考慮，而不僅僅是因為那兩個洞。例如，Cybertruck的外形在很多人看來難以接受，另外其作為皮卡的運載能力也受到質疑。但無論如何，這次現場的意外已經深入人心。而要徹底打消用户的顧慮，馬斯克只能等待Cybertruck於兩年後開始生產、繼而真正上市後的表現了。

參考鏈接：

https://www.wired.com/story/a-physics-analysis-of-teslas-shattered-cybertruck-windows/