百米大战

——张培萌为什么跑不过歼-10飞机

在电视综艺节目玩人机赛跑，中国人绝不是世界首创，但在7月16日CCTV-1的《加油向未来》节目中，张培萌与战机的竞速还是吸引了人们的眼球。一胜一负的结果既显示了专业运动员的能力，也让人领略的国产三代战机的威力。

凭一般的常识我们可以知道：人的起始加速能力是超快的，但人的极限速度又受到肌肉力量的限制，因此在长距离的竞速中人不可能赛过机器。那么问题来了，在短距离的赛跑中人能否比飞机跑得更快呢？《加油向未来》节目似乎给出了答案，但有人依然质疑节目的可信度。作为科普解惑，我愿意从专业的角度谈谈我的看法。

首先我们要区分人机赛跑中的两种不同模式：与飞机赛跑和与汽车赛跑。所谓不同是指加速方法的截然不同，在起动阶段，飞机是在推力与阻力（摩擦与空气阻力）综合作用下的加速运动，而汽车是车轮加速旋转与摩擦阻力综合作用下的滚动加速，在汽车初始加速过程中空气阻力可以忽略不计。因此，肯定的所在短距离加速中汽车通常会胜过飞机，而人与性能优良的汽车进行短距离竞速基本没有获胜的可能。

正是由于飞机起动初始阶段的加速模式的特殊性，人机大战才具有了悬念。我们从视频中看到，张培萌在50米的竞速中恰好比山鹰教练机早一点点撞线。也就是说张培萌在短距离奔跑中平均速度比山鹰快。根据张培萌百米最佳成绩10”的记录，他50米奔跑的时间大约在5.5”左右，我们可以以此推算山鹰50米的成绩大约在5.6”以上，根据均匀加速度直线运动公式，我们可以算出山鹰的起动加速度大约为3.188m/s2，这与山鹰战机起飞性能是吻合的（起飞滑跑距离900，起飞离陆时间23秒）。

歼-10作为三代机与山鹰这样的二代机相比，其动力性能与气动力性能都有巨大的提升。即使是非极限状态的条件下，歼-10起飞滑跑距离大致在500米左右，而起飞离陆速度也低于300km/h，起飞离陆的时间只有12秒左右，远远低于山鹰的23秒。由此推算歼-10的起动加速度大致为6.944m/s2，比山鹰的起动加速度大一倍还多。

其实歼-10不仅百米速度比高水平专业运动员快，即使是50米竞赛人也几乎没有获胜的可能，因为以歼-10的加速度计算，其达到平均速度10m/s的时间还不到3秒，也就是说与歼-10这样的高性能飞机相比，人类在30米以后就没有优势了。

无论是马匹、汽车还是飞机，都具有比人更高的极限速度，但由于在起动初期，人的腿部蹬踏频率和幅度的提升都非常快，而马匹、汽车和飞机恰恰在起动速度上达不到人的水平，因此人类起动加速度比上述三者都要快；但人类受肌肉能力限制极限速度一般很难超过12m/s，因此在短距离竞速中人类要想超过马匹、汽车和飞机也是非常困难的，除非设置的距离足够短。