Altair Taiwan Blog

你可能聽過這樣一個傳言：如果你從摩天大樓上扔下一枚硬幣，它可能會紮進混凝土裡，甚至傷害樓下毫無防備的旁觀者。

紐約帝國大廈的露天觀景台有86層，高達320米。在硬幣自由下落的過程中，會獲得很長時間來加速。那麼，如果這樣一枚掉落的硬幣砸中了人，會造成什麼樣的後果呢？你在高樓附近行走需要戴上安全帽嗎?或者這只是一個無稽之談？

由於我們辦公室中沒有人有足夠的勇氣去紐約大廈以身試法，我們決定使用工程模擬軟體來驗證這個實驗。

眾所周知，硬幣由於重力會迅速下落，但我們還需要考慮空氣阻力，即硬幣下落時與空氣分子摩擦產生的阻力。硬幣下落的速度越快，它遇到的阻力就越大，從而減慢了物體的加速。考慮重力和阻力之間的推拉作用，我們可以確定硬幣在撞擊前的最終速度或最大速度。

為了真實反應硬幣的下落過程，我們使用了Altair AcuSolve™，一種計算流體動力學(CFD)軟體。我們能夠通過CFD來模擬硬幣下落時受到的阻力，並確定這些力是如何導致硬幣在下落過程中的旋轉。

在下落過程中，許多因素都會影響硬幣的旋轉，比如硬幣下落或拋擲的力和方向，任何風或上升氣流，甚至空氣中的濕度，因此這個模擬只是代表了許多可能的下落路徑之一。

在模擬過程中，我們模擬了的硬幣，並提取了空氣阻力和它的最大速度，最大速度為61公里/小時。

既然已經確定了最大速度，那麼現在是揭曉真相的時候了。

硬幣以61公里/小時的速度沖向我們碰撞試驗用的假人頭，另外我們使用了Altair Radioss™（一款有限元分析軟體）來記錄硬幣對頭部的衝擊力。

硬幣在不到1ms的時間內撞擊了假人的頭部並彈回，衝擊力約350N。根據美國國家航空航天局的一份報告指出，一個普通的男性一拳能產生大約1000N，所以雖然硬幣產生了350N的撞擊力可能會帶來痛苦，但不會造成持久的傷害。

根據《法醫科學雜誌》的一項研究指出，相當於一枚硬幣重量的小彈丸需要以270公里每小時的速度撞擊，才足以損傷皮膚。儘管它可能會留下傷痕，但一枚硬幣以61公里每小時的速度撞擊，不太可能在我們的假人頭上留下任何傷痕。

撞擊還會使頭部受到0.5ms約7.5個重力加速度（通過測量頭部因撞擊而產生的加速度來獲得）。在汽車碰撞測試中，我們通常在頭部設定3ms內的80個以上重力加速度，所以在這個模擬中觀察到的7.5個重力加速度，不太可能造成重大損傷。

由於我們在CFD中模擬的阻力減緩了硬幣的加速，最終確定了撞擊事件不會產生致命的傷害。隨著“硬幣高樓掉落”這一古老的謠言被正式揭穿，你下次就可以大膽地走在高樓大廈環繞的道路上了。另外，可別忘了空中頭號危險—當心頭頂上的鴿子！