为什么《进击的巨人》中巨人的身材比例不一样?

前些天在《进击的巨人》中法尔科的颚之巨人真的能飞起来吗?这个回答中提到了《进击的巨人》中不同巨人身材比例不同的问题,在这里把坑填上。

还是那句话,写这类回答的意义并不是为了抠漫画设定的细节(巨人世界观中的很多事实根本无法用现代科学来解释),只是借助这个载体,演示一下如何使用最简单的数学模型,来理解生活中的有意思的物理现象。

就图一乐,不用较真。


下面做一点简单的计算,只用到了初中数学知识。

假设巨人的身高为 h ,身体平均截面积为 S ,腿骨平均半径为 r ,密度为\rho,重力加速度为 g 。则其质量为 M=\rho hS

我们定义一个量为 A=\frac{h}{r} ,即巨人身体高度与腿骨半径之比。假设越高的巨人身体也等比例增大,那么 A 为一个常数。

根据压强的定义,底部横截面所受到的压强为

p=\frac{\rho hSg}{2\pi r^2}=\frac{\rho g}{2\pi}\frac{SA^ 2}{h}

巨人的身体等比例增大时, A 为常数S\propto h^2 ,所以 p\propto h 。这个比例关系与我们初中学到的压强公式 p=\rho g h 本质上是一致的。也就是说,巨人身高越大,其腿部承受的负荷就越大。

换一个思路,我们将压强公式变换一下:

p=\frac{\rho hSg}{2\pi r^2}=\rho g\frac{hS}{2\pi r^2}

怎么理解呢?假定对于不同大小的巨人,它的腿骨单位面积的承受能力是相同的话p 就是一个定值。那么随着高度h的增大,身体平均截面积与腿骨截面积的比值就必然减小。

翻译一下就是,越高的巨人,其腿骨相对于躯干就越粗。

从下图我们也可以看到,60米的超大型巨人,50米的地鸣巨人,它们的腿部都不成比例地粗壮。而那个超恶心的罗德·雷斯巨人的腿较为纤细,势必无法支撑其体重,所以只能在地上爬行。

在日常生活中,用几何相似地放大(或缩小)的倍数去推论其后果,往往会带来错误的结果。比如,猫咪从低楼层跌落可以安然无恙,不是因为猫有九条命,而是因为它们体型较小,单位骨骼截面上承担的负荷比人类小得多。

物体的尺寸变化时,长度呈线性变化,面积呈平方变化,而体积呈立方变化。对于体型较小的动物来说,同样比例的东西就会轻很多。比如,蚂蚁凭借纤细的腿,可以举起一百倍于自己体重的负荷,而人类举起两倍于自己体重的东西就几乎已经是极限了。

下面结合刚才的讨论,说几个有意思的现象。

  • 为什么巨人的身体那么脆?

第一次看巨人的读者,都会有一个印象:巨人的身体非常“脆“。艾伦巨人、女巨人这种15米级的巨人搏斗时,四肢非常容易折断,而且是直接脆断的那种断这种情况在人类尺度的搏斗中是几乎不存在的。

这就是因为这类巨人的身材比例与人类几乎相同,但身体增大了近十倍,所以即使密度有所减小,其四肢横截面上单位面积所承受的动态负荷依然很大,当然就非常容易折断。

  • 为什么巨人的反应迟缓?

在玛利亚之墙保卫战的开始,莱纳被兵长刺穿脖子,由于抢先一步把意识送往全身,才捡回一命。我们从动画第一季中的“现在可能公开的情报”也可以看到,巨人的神经系统和人类非常相似,因此我们推算神经信号依然是依靠电脉冲与神经突触来传播。人类大脑内的神经信号大部分是以约30m/s的速度传播,这个速度对于人类的尺度来说已经足够快,但是对于15米级、甚至60米级的超大型巨人来说,就是一个不小的时延。

最后,总结一下吧。

你看,谏山老师就总是这样。

你看到他对巨人身材比例的设定,惊叹于他超懂物理,结果,他让几十米的巨人飞起来了。

你看到他布下草蛇灰线,惊叹于他不世出的编剧能力,结果,他画了一个有巨大争议的结局。

相关回答:

《进击的巨人》中法尔科的颚之巨人真的能飞起来吗?

来源:知乎 www.zhihu.com

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延伸阅读:
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