憤怒的小鳥物理學(xué)

1、“憤怒的小鳥”物理學(xué)時下，憤怒的小鳥這個游戲風(fēng)靡全球，總得說來，這是個基于物理的挑戰(zhàn)游戲，需要邏輯性和技巧，用智力去打敗敵人。我們不得不佩服游戲的開發(fā)商，正是制作團隊精益求精的制作才有了這個如此吸引人的游戲。而這制作的精良，很大程度上得益于其一絲不茍地遵循了物理學(xué)原理，使游戲更為貼切而真實。下面，我們便就這個游戲中的有趣的物理學(xué)原理及現(xiàn)象作一淺析。先來簡單介紹一下該游戲，游戲用彈弓將小鳥以一定初始速度彈射出去，目的是通過撞擊使得豬頭被擊中。用鳥的數(shù)目越少，方案越優(yōu)。首先，得益于Tracker Video analysis 這一電子化追蹤工具，我們可以得到這一圖片以顯示小鳥以任意方向拋出后的水平

2、方向運動距離與時間的關(guān)系。我們可以清晰地看出，小鳥在拋出后水平方向速度恒定不變。即，其在做斜拋運動，只在豎直方向上受到萬有引力的作用。探究一：這種只受重力作用的鳥怎樣才能飛行得最遠(yuǎn)呢？在理想狀態(tài)下，初始彈射時的彈簧全部彈性勢能都將轉(zhuǎn)變成小鳥在脫離彈簧那一刻時上升一定高度所帶來的彈性勢能的增加及小鳥的動能。為了簡化題目，我們不妨假設(shè)彈簧在回復(fù)到初始位置后不受速度的慣性作用會自動停下。這樣，每次小鳥到達的發(fā)射點都是一樣的。在這樣的情況下，彈簧拉伸長度越長，使得彈簧所具備的彈性勢能1/2*k*L2越來越大。設(shè)彈簧和鉛直方向所成角度為，那么，當(dāng)兩次全部朝同一方向拉動時，可以發(fā)現(xiàn)，如果前一次拉動長度是L

3、1，后一次拉動長度是L2。且L1>L2。那么，彈性勢能變化為1/2*k*(L12-L22)，而此時重力勢能變化為mg*L*cos。通過經(jīng)驗可以設(shè)置合適的K值和質(zhì)量，同時假設(shè)L2>20cm，即拉動長度大于20厘米。經(jīng)過簡單的計算可知，一般情況下，即使為0，彈性勢能的增加也會大于重力勢能的變化，這樣就導(dǎo)致了兩者差值的必為正數(shù)，也就是說，彈簧拉得越長，小鳥到達初始位置時所具備的動能越大。（不妨設(shè)小鳥質(zhì)量為10kg，k值為100N/m）所以，我們可以基本明晰，彈簧拉得越長，小鳥在質(zhì)量不變的情況下初始速度越大。由于彈簧延伸長度有限，所以其最大彈性勢能也是一定的。假設(shè)其能夠全部轉(zhuǎn)化為動能，且忽

4、視初始位置高低導(dǎo)致的微小的重力勢能變化，那么，我們可以得出，要使小鳥飛得盡可能遠(yuǎn)，初始點速度必須盡可能大。不妨設(shè)初始速度為V0，延X軸及Y軸分別加上對應(yīng)下標(biāo)。初始點高度設(shè)為H0。那么，Vx0=V0*sin，Vy0=V0*cos。我們不妨列出如下公式：X=Vx0*t （1）Y=H0+Vyo*t-1/2*g*t2化簡求出t值后代入（1）式，繼而可以分析出，當(dāng)且僅當(dāng)=45 º時，可以使水平方向運動距離最大。（過程太過簡單且計算量復(fù)雜，故此處略去）綜上所述，在將問題簡化后我們可知，以斜向上45度角方向仰望天空不僅可以是郭小四筆下的明媚的憂傷，還能夠使小鳥射得盡可能遠(yuǎn)。探究二：虹鳥與紅火的沖擊

5、力比較大家都知道，有一只將憤怒的小鳥基本鳥紅火放大了兩倍的鳥叫做虹鳥。這只虹鳥的沖擊力在游戲中是強于紅火的。然而，我們知道，彈簧所具備的彈性勢能是一定的，因而虹鳥所具備的初始速度必然小于紅火，這樣就導(dǎo)致，兩種鳥在MV2相等的情況下，沖量mv必然是紅火大于虹鳥。那么為什么虹鳥的沖擊力會大于紅火呢？通過游戲觀察我們可以發(fā)現(xiàn)，虹鳥由于具有更大的質(zhì)量（由于其體積基本是紅火的8倍，兩倍的立方）所以，虹鳥在落地時擁有更多的初始高度重力勢能所轉(zhuǎn)化成的動能，正是這7倍優(yōu)勢的重力勢能，才使得虹鳥在最終沖擊時具有了更大的沖擊力。探究三：黃風(fēng)的運動軌跡這只三角鳥具有一個奇特的能力，這項能力突破了物理學(xué)解釋的范疇，因

6、而，我們只作簡要介紹。三角鳥可以加速。我們都知道，小鳥最初運動軌跡為一拋物線。而此時，假設(shè)在任意一點小鳥采用了加速，那么它的軌跡將會如圖所示運動下去。也就是說，在加速之后，小鳥將會一直保持加速瞬間的運動方向，不受重力因素的影響而改變。探究四：白彈的動量守恒正如圖中所示，白色鳥的特異功能便是下蛋。在空中它可以下出一個不具備水平方向速度的蛋，這意味著該蛋只會豎直下落，而不是和飛機所投炸彈一樣會作有水平速度的自由落體運動。那么，這個蛋為什么會導(dǎo)致小鳥軌跡的上移呢？通過觀察我們可以發(fā)現(xiàn)，這顆蛋不是簡簡單單的自由落體運動，而是它最初變具備了豎直向下的初始速度。而這顆蛋是有一定質(zhì)量的，這就使得該蛋在脫離母體的瞬間即母體分裂時產(chǎn)生了兩股沖量，一股沖量及雞蛋以一定初始速度向下，另一股沖量則施加于減少了雞蛋重量后的母體身上，使之運動軌跡進一步提高。綜合上述分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，憤怒的小鳥這個簡簡單單的游戲中蘊藏了大量的物理學(xué)知識，整個游戲的構(gòu)建完全建立在了物理學(xué)的原理之上，加之以合適的數(shù)據(jù)。因而，在弄到游戲初始設(shè)置鳥類質(zhì)量，密度，彈簧彈性勢能最大值等游戲開發(fā)數(shù)據(jù)（不一定需要符合現(xiàn)實生