文／施奇廷 　

最近大家都十分關注烏克蘭的狀況，通常大家都是就地緣政治、戰略戰術的角度著眼，那物理學家能對「戰爭」說上什麼話呢？

能說的可多了，沒有物理的話，戰爭就打不起來囉～

這次的俄烏之戰中，烏克蘭以小搏大，全民抵抗侵略者，自製名為「莫洛托夫雞尾酒」（Molotov's cocktail）的汽油彈，對抗俄羅斯的戰車大砲。乍看之下，這種「土製武器」，應很難跟現代科技抗衡才對，不過實戰結果，似乎還真的可以一戰。

我們可以從物理學最基本的「能量」概念來看這個問題。戰車砲用的「穿甲彈」，是利用高速飛行的砲彈打穿敵軍裝甲，或是破壞建築物的牆壁。擊中的瞬間砲彈減速，並把能量轉移到被擊中的物體。

利用同學們都還記得（應該吧？）的動能公式「動能（單位焦耳）=1/2×質量（單位公斤）×速率（單位公尺每秒）的平方」，我們可以估計一下砲彈動能大約是1千1百萬焦耳，也可以寫成11MJ，MJ「百萬焦耳MegaJoule」的意思。

看起來很猛，對不對？

脂肪能量 超乎想像



接下來看看「汽油彈」。它的能量來自於汽油燃燒的過程中，把本來儲存在分子裡面的化學能以「熱的形式」釋放出來。大家小時候都學過食物的能量，跟汽「油」最接近的就是1公克9千卡（或者說「9大卡」，1千卡 = 1大卡）的「脂肪」了，變胖就是脂肪吃太多。

假如一個寶特瓶能裝1公斤的汽油——內含的能量跟脂肪一樣是每公克9大卡的話，1公斤就是9千大卡了，然後1大卡相當於4.2焦耳，所以這1公斤的汽油內含能量大約40000kJ（千焦耳），也就是40MJ。

所以一個老百姓將汽油裝進寶特瓶裡，它的「威力」（能量）比起以4.5倍音速射出來的戰車砲彈威力，還居然高出近4倍！

所以就這個觀點來看，老百姓手上的汽油彈，絕對是不能小覷的武器啊！

化學能小 高速反應



等等，砲彈不只是靠彈體的動能，裡面還有裝填火藥呢！「動能」加上火藥爆炸的「能量」，可就不會輸了吧？

出乎意料的，其實火藥內含的「化學能」很小，以黃色炸藥TNT來說，以食物的算法，大約是每公克1千卡而已（或者是4.2MJ/公斤），只有脂肪的1/9，甚至澱粉類都是炸藥的4倍呢！所以如果前面說的10公斤砲彈有一半是火藥的話，5公斤的火藥可以提供21MJ的能量，結果動能跟炸藥爆炸的能量加起來是32MJ，還是只有汽油彈能量「打8折」而已。

當然這裡不是要說，汽油彈這麼猛又這麼好做，那還要那些戰車大砲幹嘛？因為就「能量」這個物理量來說，的確雖然汽油彈略勝一籌；不過戰車砲在其他物理量上面，可就遠遠勝過汽油彈了，因為「速度」（包含「速率」與「方向性」）不只是它能量的來源，也讓它可以迅速打擊遠方的特定目標，所以縱使你手上的汽油彈「能量滿滿」，但是敵人得要在你伸手可及的範圍內，才派得上用場；流線型的彈體頭部尖銳，使得接觸面積極小，在打擊點會造成極大壓力（力／接觸面積），這也是「穿甲彈」能夠「穿甲」的原因。

黃色炸藥看起來很廢，不過爆炸的反應速率超快，可以在極短的時間內把所有的能量釋放出來，所以有很強的殺傷力。物理學中最多人知道的物理公式：「E = mc2」把質量全部變成能量，所以能量密度剛好就是「光速的平方」。



學到幾件事

由這些「能量」的特性，我們可以學到幾件事情：

1當「手無寸鐵的老百姓」碰上「裝備精良的軍隊」時，幾乎沒有選擇，就只能靠「高能量密度」來對抗了。

2人類火力發電用的這麼凶，也是因為石化燃料是除了「核反應」之外，能量密度名列前茅的東西。

3為何減肥超難：肥胖是吃太多（攝取化學能），減肥是靠運動（以動能來消耗），可是動能比化學能小太多啦……

請注意，當你吃下1公斤油脂豐富、美味無比的漢堡時，那個能量等於大約5公斤的黃色炸藥爆炸，這樣你還吃的下去嗎？