尤塞恩·博尔特破纪录短跑的物理学

2009 年，在柏林举行的世界锦标赛上，尤塞恩·博尔特以 9.58 秒的成绩打破了自己保持的 100 米短跑世界纪录，比之前快了 0.11 秒。历史表明，这项纪录越来越难以打破（而且我们可能正在接近人类速度的极限），因此每次打破纪录都让物理学家们着迷。今天发表在《欧洲物理学杂志》上的一项研究探讨了博尔特这一历史性壮举背后的物理学原理。

统计数据：
身高： 6英尺5英寸
距离： 100米
时间： 9.58秒
终端速度： 12.2 米/秒（27.3 英里/小时）
平均力： 815.8 牛顿
顺风： 0.9 米/秒（约 2 英里/小时）

研究人员利用比赛当天的近似条件（温度、海拔、博尔特的体表面积）以及比赛激光测速仪（每 0.1 秒测量一次博尔特的位置和速度）的测量数据，计算出博尔特克服的巨大阻力。博尔特在比赛中消耗了 81.58 kJ 的能量，但其中 92.21% 的能量被阻力吸收了！此外，博尔特在比赛开始仅 0.89 秒后的最大功率输出就达到 2619.5 瓦——足以为大型吸尘器（或海盗湾）供电。

研究人员的方程式与博尔特的实际表现完美匹配，因此他们还能够根据假设做出预测：如果柏林没有顺风，博尔特将跑出 9.68 秒；如果顺风速度为 2 米/秒，他将跑出 9.46 秒（这实际上将打破人类跑步速度的极限）；显然，“如果博尔特在一个大气层密度低得多的星球上跑步，他可以创造惊人的纪录，”首席研究员在新闻稿中说道。然而，这些方程式不适用于长距离短跑，因为他们的计算假设在 100 米比赛中，跑步者能够保持“恒定的水平力”，而 400 米比赛中，力会由于长时间用力而逐渐减小。可能只有外星条件才能在短期内超越博尔特的非凡壮举——他几乎是超人。