科學視角看加勒比海盜5

說起來真是難以置信，第一部加勒比海盜上映以來已經過了13年了。而5月末，加勒比海盜5：死無對證上映了。

類似系列的第三部，開場是緊接上一部的感人的父子團圓場景。

閑話不多說，我們直接開始進行娛樂向的科學分析。

credit: 煎蛋畫師六翼

船隻轉彎

Salazar有很好的報復傑克船長的理由。在傑克年輕時，他耍了個花招，將Salazar的船隻引入絕境之中——自己將繩索套在露出的礁石上，來了一個急轉彎，而Salazar的船隻就直接撞在了礁石上。

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在急轉彎中，傑克的船隻向內傾斜。水流在轉彎的時候流動情況大異尋常，由於各種因素，某些船隻在轉彎的時候會向內傾斜，某些則會向外傾斜。
當船隻轉彎時，會受到向心力的作用，能與該力相互作用的就只有船隻受到的水流的力。

船只有一個重心，當貨物沒有移動時會保持在相對船隻結構相同的位置，可以將這個位置視作重力對船隻的作用點。

船隻同樣有一個浮力中心，由於船體的移動而到處遊走，表示了船體排開水量的重心所在。

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在左圖中，水的作用力線經過了重心下方，試圖以逆時針方向扭轉船體，將其向左邊傾斜。而浮力則是相反的作用，試圖將船體按照順時針方向扭轉。

在右圖中，水的作用力線經過重心的上方，試圖以順時針方向扭轉船體，所以船體向右傾斜，因而浮力同樣反作用。

這其實有點簡化了，因為實際上這是一個動態過程，船隻傾斜的時候浮力中心也會變化。

在死無對證中，傑克船長扔出繩子套住礁石使得船隻轉向。繩子與船隻連接的位置相當高，很可能是在重心上方拉動船隻的，因此使船隻向著礁石傾斜。所以在科學上是可行的。

搶銀行

傑克想出了一個大膽的計劃，利用馬匹牽引一噸重的保險箱，將其拽出銀行。這個計劃並不完美，因為最後保險箱並沒有移動，反而馬匹將整個銀行都拉走了。

不過12匹馬能拉動一噸重的保險箱在路上跑嗎？一整個銀行建築又如何呢？

我起初認為拉動保險箱是可能的，但整個建築就很離譜。不過事實上馬兒非常強壯，一對馱馬就能拉動50噸。

油管上有視頻顯示兩個馱馬能拉動5.4噸貨物。那麼12匹馬拉走整個建築看起來也不是不可能了。

旋轉斷頭台

在一個可能是最令人印象深刻的場景中，就在傑克將要被斷頭台斬首之時，一個炮彈猛撞在斷頭台上。於是就產生了戲劇性的一幕：鍘刀離傑克變得更近了，然後由於整個斷頭台在空中轉起來了，鍘刀又遠離了傑克的脖子。

如果你用繩子轉過某些東西，那你肯定知道當轉得足夠快的時候，繩子就會繃緊。

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為了避免斷頭台砍掉傑克的腦袋，就必須轉得足夠快抵消重力。假設斷頭台有4米高，也就是旋轉半徑r。那麼能計算出轉一圈的時間周期T：

加速度=4*PI2*r/T2, T2=4*PI2*r/加速度=4*PI2*4/9.81=4.012秒。

即斷頭台必須每四秒就至少轉一圈，在電影中看起來轉得快得多，所以傑克是有可能活下來的。

精密時計經度法

船隻航海時，天文學家Carina使用了精密計時錶——18世紀經過長時間發展提出的一種高精度時間間隔。

高效航海需要知道自身的經緯度，精密計時錶是航海歷史上最關鍵的技術之一。

緯度很容易得到，比如看正午太陽的高度。不過在海洋上，經度就很難得到了，需要綜合恆星和參考位置的時間等知識，比如格林威治時間。

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精密計時錶能夠準確計時，使水手更有效、更可靠地航海。這種技術的提出和發展是一個有趣的故事，Dava Sobel寫的《Longitude: The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time》一書就寫了這個故事。

能在電影中看到幾百年前海員在公海導航是一件很新鮮的事兒，為影片增加了一定的科學性。

結論

影片中包含了大量的動作和科學元素。大部分細節在天文學家Carina身上體現得最為明顯，這位天文學家曾多次重新校準天文望遠鏡或者使用精密計時錶計算經度。不過在很多追逐和戰鬥場景中有些細節就不是很明確了。

不過令人稱奇的是，很多科學細節都比較合理，這也算是電影中比較少見的了。

本文譯自 conversation，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Michael Milford

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