与我一起走火:炽热煤炭的物理学原理

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


通过 io9,Jen-Luc Piquant 得知,有 21 位非常容易受骗的人试图走火,这是一个为期四天的励志研讨会的一部分,该研讨会由托尼(“释放内在的力量!”)·罗宾斯在圣何塞上周末举办。他们因走火而遭受了二度和三度烧伤。一位目击者告诉美联社:“我只听到痛苦的尖叫声。听起来像人们在遭受酷刑。”

是的。一堆滚烫的煤炭确实会灼伤人,正如我们的朋友大卫·萨尔茨伯格早在 2007 年就发现的那样,当时他试图走火,作为加州大学洛杉矶分校物理系演示的一部分。可怜的大卫最终被护送回家,双脚严重起泡,并在剩下的晚上将他非常疼痛的脚底浸泡在冷水中。

大卫不是第一个从事走火的具有科学头脑的人:著名的怀疑论者迈克尔·舍默做过这件事,前《大众科学》专栏作家杰尔·沃克也做过,他表演过走火和其他疯狂的壮举,令人难忘地评论道:“没有哪项课堂演示比老师可能死亡的演示更引人入胜。”匹兹堡的一位物理学教授,名叫大卫·威利,一直都在做这件事,并且可以说为传播安全走火背后的物理学原理做了最多的工作。


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已知最早的走火记载可以追溯到公元前 1200 年左右的印度故事,但走火现象出现在世界各地的文化中,跨越数千年。它通常与宗教仪式(例如,在希腊和保加利亚的某些东正教社区)有关,或者用于展示印度苦行僧的神秘力量。您还会在波利尼西亚、日本道教徒和佛教徒中发现走火,以及卡拉哈里沙漠中某些布须曼人在其治疗仪式中进行走火。

在美国,这种做法更带有粗俗的商业色彩。在 20 世纪 70 年代的某个时候,一位有进取心的

江湖郎中式的励志作家托利·伯肯开始向公众提供晚间走火课程,将其作为一种面对恐惧和主张精神凌驾于物质之上的方式来推销。想想“从恐惧到力量”,而不是“权力意志”。他创立了走火研究所。但他并没有声称必然会发生任何超自然或灵异的事情,这很聪明,因为走火背后的科学原理到目前为止已经被很好地记录下来了。

伦敦大学心理研究委员会在 20 世纪 30 年代中期进行的一项研究得出结论,成功的走火的秘诀很简单,那就是燃烧的木材变成煤炭后的低导热性、一层绝缘灰层以及热煤与脚底之间的短暂接触时间。

早在 1998 年,威利就与奥斯陆大学的挪威物理学家谢蒂尔·谢恩斯莫合作研究走火背后的物理学原理。他们开发了一个人在走火时脚部的计算机模型,然后将其与志愿者在西雅图走火时拍摄的红外图像进行了比较。这些图像显示,当正确进行特技表演时,脚确实保持凉爽。(图像。)

根据威利的说法:“我相信当一个人在火上行走时发生的事情是,每一步,脚从冷却的余烬中吸收的热量相对较少,因为它们是不良导体,没有太多的内能可以作为热量传递,而且脚和其余热余烬之间的冷却木炭层将它们隔离开来。”

从心理学上讲,在促进群体动力方面似乎也有一些好处。根据维基百科

“在西班牙圣佩德罗曼里克村庄举行的走火仪式期间进行的一项科学研究表明,走火表演者和非表演观众之间的心率节律同步。值得注意的是,同步程度还取决于社会接近程度。这项研究表明,通过情绪状态的协调,为集体宗教仪式奠定了生理基础,这加强了群体动力,并在参与者之间建立了一种共同的身份。”

但是,如果走火应该如此安全、非魔法且根植于可靠的科学,那么为什么 21 位罗宾斯的追随者会遭受二度和三度烧伤,为什么我们的朋友大卫的脚底会起满水泡呢?嗯,像大多数科学实验一样,您必须正确设置和执行它们才能复制成功的结果;没有多少容错空间。

最明显的解释是,那些被烧伤的人在走过热煤堆时在一个地方停留的时间过长。(我个人会冲过去。同时穿着防护性的、阻燃的鞋子。)

所以也许设置有些不对劲。至关重要的是,煤炭要充分燃尽,使其处于相对舒适的 538 摄氏度左右(1000 华氏度),最好在上面覆盖一层薄薄的灰烬,以提供额外的绝缘。

这个过程还可以烧掉煤炭中多余的水分;任何残留的水分都会增加煤炭的热容量和导热率。同样重要的是要确保没有金属碎片进入煤炭中,因为金属具有非常高的导热率。

也许大卫和罗宾斯的追随者可以通过事先弄湿他们的脚来进一步降低受伤的风险,从所谓的“莱顿弗罗斯特”效应中获得一些保护益处,在这种效应中,当暴露于强烈热量时,一层薄薄的汗液或水会立即形成一层绝缘蒸汽边界层。然而,根据威利的说法,这可能不是一个主要因素。

首先,它会增加煤炭粘在脚上的风险,从而增加暴露时间,因此与赤脚穿过相比,会导致脚底灼伤更严重。(威利更喜欢赤脚走火,并且还在步行结束时放置一块浸水的地毯残片以立即冷却。)

我不能代表罗宾斯的追随者说话,但大卫肯定从这次经历中学到了一些东西,根据他在我告诉他我计划写一篇关于走火的博文后发给我的电子邮件:“你可以告诉人们,它真的很疼,而且没有任何药膏或喷雾剂有帮助,甚至 30% 的苯佐卡因也没有用。但冰水非常有效。”他对任何有抱负的走火者的建议是什么?“提前囤积维柯丁是个好主意,但我疏忽了。”听从他的话,易受影响的年轻人:大卫受苦是为了让你们不必受苦。

参考文献:

谢恩斯莫,谢蒂尔。“走火的初步实证研究”,国际物理学生会议,维也纳,1997 年。

孔瓦林卡,I. 等人。(2011) “走火仪式中表演者和相关观众之间的同步唤醒”,美国国家科学院院刊 108(20): 8514-8519。

莱顿弗罗斯特,约翰·戈特洛布。(1966) “关于各种火焰中水的固定”,国际传热传质杂志,第 9 卷,第 1153-1166 页。

莱金德,伯纳德·J. 和威廉·J·麦卡锡。“走火调查”,载于 第一百只猴子和其他超自然范式,编辑:肯德里克·弗雷泽。纽约州布法罗:普罗米修斯出版社,1991 年。

普莱斯,哈里。“关于两次实验性走火的报告”,伦敦大学心理调查委员会,公报 II,1936 年。

威利,大卫。“四项惊人演示背后的物理学原理”,怀疑探索者,1999 年 11 月/12 月。

克西加拉塔斯,D.,孔瓦林卡,I.,罗普斯托夫,A.,& 布尔布利亚,J. (2011) “量化集体兴奋:走火仪式上的心率动态”,交流与整合生物学 4(6): 735-738。

改编自2007 年 11 月 4 日发表在旧存档的鸡尾酒会物理学博客上的帖子

 

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