高空抛物过程分析

最近出现不少高空抛物事件,各种重伤、死亡案例屡见不鲜,有时遭遇损失还不知道哪层楼扔下来的,律师说可以起诉整栋单元。但这也存在很大问题,万一恰巧是其他单元扔下的呢?高空风很大,也许刚好从其他单元的窗口吹到当前单元楼下呢?整个单元都是冤枉的,这还不是最郁闷的,最郁闷的是真正的凶手没有受到任何影响。
“无责任需要证明
还有郁闷的事儿,如果你的楼下出现高空抛物事件,被告上法庭,想说明自己无罪就得找证据,哪来的证据?就要计算抛物点的高度了,如果正好不是你所在的楼层,自然清白了。当前各个新闻大都宣扬高空抛物的危害向大家呼吁,但这并没有意义,要是抛物者有素质早就不存在这类事件了,还是根据理论找凶手吧,也还无辜的人们一个清白。问题又来了,怎么计算呢?
“过程分析
太轻的东西受阻力影响不会造成伤害,能造成后果的一般看作是自由落体模型,最关键是记录最终下落点的速度,这个就得想办法估计了。
可以根据受损物体破坏程度来估算,不过更多的情形是有监控记录的,现在城市里到处都有监控,应该很容易找到当时现场被砸视频,那就好办多了。
首先记录某两点的位置与时间,用来计算当前速度,时间间隔越短越精确,下落的物体一般不是垂直轨迹的,不过可以找寻垂直方向的速度分量
如图

因为竖直方向物体只受重力,因此该方向上始终是自由落体运动,只记录vy即可,根据加速度公式
h=v0·t+0.5gt^2
其中,h为下落高度,v0是初速度,t是下落时间,g为重力加速度,如果将v0先看作是0,那么有h=0.5gt^2,我们虽然不知道t是多少,但知道vy,因为
vy=v0+gt=gt
两边平方vy^2=g^2 · t^2,那么h=0.5vy^2/g,这里g是重力加速度,当做是9.8m/s^2吧,可以计算了……
但这里有一个问题,就是初速度,可能不是0,根据实际情况,在乱扔的物体的条件下,初速度按照0来算基本差不多。若要更加精确,可以将高空抛物分为3种情况,斜上扔,斜下扔,还有平扔,平扔就是初速度为0的情况,如果是斜上扔,当到达最高点时,下落速度为0,与平扔是同样效果的,因此,用上面的公式算出的初速度为0时的高度h,那么h不小于真正的抛物起点的高度。

而斜下扔的时候,记初速度为v1,v1并不是无限大的,取决于抛物的力度,自己可以试试用最大的劲头把物体向下扔,产生的初速度可以计算。不过正常没素质的人扔东西,一般不可能使出洪荒之力来高空抛物。
那么,根据落到楼下的速度,计算出速度为0,和v1之间的高度距离就能确定高空抛物点的范围了。下面是三种扔东西的函数图像分析



以抛物点为h=0的三种抛物位移图像,可见形状相同初始值不同
“实验
用字母表示很抽象,实际测算一下吧,下面是用29.976帧/秒录制的从桌面上平扔糖果的视频,选取连续3帧的图片,虽然不清楚,但能大致估算出当前位置的速度,由于刻度较小,误差相对大些,相信高空抛物落下瞬间的监控视频会更加精确。

通过观察,发现两帧之间糖果的距离大约为0.11m,由于每秒29.976帧,因此帧2的下落速度大概是0.11×29.976≈3.3m/s,那么,当前下落点的高度根据前面的公式,有h=3.3×3.3÷9.8÷2≈0.56m
第二帧位置大概有0.115m到最下面,那么桌子高度约为
0.56+0.115≈0.68m
而真正桌子高度为0.75m,实际落点会低一些,大概0.74m的位置,还有很大误差,如果间隔距离长些,视频清晰些能更加准确。
通过测试,本人用力向下扔一元钱硬币,可以达到24m/s的初速度,由于图片太不清晰,就不拿出来晒了,估计误差也很大,那么v1取24m/s可以算定一些范围,如果自由落体的初速度从0增加到24m/s,那将下落h'=24×24÷9.8÷2≈29.4m
每层楼大概3m左右,一下子差了10层楼 -_-,不过,如果扔重一点的东西就不会达到这样的初速度了,据说优秀运动员出手铅球的速度可达28m/s,当然这是极端情况,一般高空抛物也不会使洪荒之力来扔,范围算到5层楼左右应该相对准确。
“结论
抛物点可以通过落到楼下的瞬时速度确定出来,然后把范围定格在初速度为0的点到再往下5层楼的高度就可以了(估计3层楼就够用了,具体高度取决于v1),如果楼层实在太高可以再往下5层,具体情况看实际限制了。