较慢的跑者如何追上较快的跑者?

对于追逐速度更快猎物的捕食者来说,加速度是关键

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运动学,即研究运动以及事物如何移动的学科,包含了位置、速度和加速度的概念——但是,正如任何在捉迷藏或跑道上追赶过别人的人都知道,加速度是这个概念中最有趣的元素。

我们中的一些人起步较慢,但在涉及捕食者和猎物,或基本上任何参与追逐的人时,加速度可以产生一些令人惊讶的结果。正如NBC Learn的“NFL橄榄球科学”中的运动学一集所说,“如果没有加速度和运动学的其他方面,NFL跑卫将很容易成为猎物,橄榄球本身也不会那么有趣。”

橄榄球运动员、田径运动员、躲避捕食者的猎物——基本上都想尽快达到他们的最高速度,或者加速。


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所以这里有一个脑筋急转弯来帮助你解决这个问题。看看下面的图表,它显示了一只瞪羚(猎物)和一头狮子(捕食者)的速度随时间变化的情况。速度,以米/秒为单位,在y轴(垂直轴)上,时间,以秒为单位,在x轴(水平轴)上。

以下哪项对于试图捕捉瞪羚的狮子来说是正确的?

A. 狮子应该尽可能长时间地追逐瞪羚,以最大化抓住它的机会。
B. 狮子应该追逐瞪羚,直到瞪羚达到它的最大速度。
C. 如果狮子在四秒钟内没有抓住瞪羚,它应该放弃追逐。
D. 瞪羚不必担心狮子,因为它能跑得快大约两倍。
E. 在追逐的头两秒钟,瞪羚比狮子跑得更远。

现在想象一下,狮子是一名线卫,瞪羚是一名快速跑卫。在40码冲刺中,跑卫总是击败较慢的线卫。但在真正的比赛中,如果线卫的加速度比跑卫快,他就有机会完成擒抱——但如果他在前四秒钟内没有抓住他,他最好还是放弃。(正确答案是 C。)

当然,情况反过来也是如此——如果速度较慢的跑卫能够足够快地加速,他可以躲避速度更快的防守后卫,也许可以在防守者抓住他之前到达端区。正如前新奥尔良圣徒队跑卫“杜斯”·麦卡利斯特在视频中所解释的那样,“你会比他更快达到他的最高速度,因此你会比他更成功。”即使你的对手最终跑得比你快,加速度也能让你成为赢家。

该图表由新罕布什尔大学的 J.A. Bolker 和 D.C. Meredith 提供,基于来自 Elliott, P.; Cowan, I. M.; 和 Holling, C. S., 1977 年的数据。非洲狮的猎物捕获。《加拿大动物学杂志》55(11):1811-1828。

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