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打水漂也能发论文 水上“行走”没有那么简单

  打水漂是行走许多人的童年回忆。根据最近中国研究团队发表在《流体物理学》期刊上的打水单一篇论文,打水漂的漂也雨难消基础物理学原理甚至可以为飞机或航天器的水上降落过程建立可靠模型。

  石子跳跃时间与多种因素有关

  打水漂中跳动的发那简石子一直让许多物理学家着迷。石子能跳多久,论文取决于其旋转情况、水上速度、行走石子的打水单形状和投掷的角度。当石头撞击水面时,漂也冲击力会将一些水向下推,发那简而石子则会受到向上的论文反作用力。如果石子的水上移动速度足够快,达到最小速度阈值,行走就会反弹;如果没有则会下沉。打水单而想要打出一个完美的漂也雨难消水漂,最好是选择一个圆形、扁平的石子,因为这种石子的表面积大,它在撞击水面时可以推开更多的水。

  法国物理学家Lyderic Bocquet和Christophe Clanet在2004年的实验证明了这一点。他们建造了一个弹射装置,将铝盘射向一个水箱,然后用高速摄像机记录下飞溅的水花。他们发现,为了保持稳定跳跃,石子必须达到最小的旋转速度(在碰撞期间至少旋转一次)。换句话说,石子依赖于陀螺效应。在这种效应下,一个自旋的物体往往更容易保持自己的方向。有经验的打水漂玩家通常只需用手指轻击石子即可使它们自旋。

  Bocquet和Clanet的实验帮助他们确定了该如何最大化弹跳的次数。显而易见的解决方案是尽可能快地投掷石子,因为弹跳次数与投掷速度成正比。但除此之外,还必须能够让投掷的速度和运动方向相平衡。即使是使用了弹射机,研究者最多也只能实现大约20次弹跳——远低于2013年创下的88次弹跳的世界纪录。

  他们进一步研究发现,石子不再弹跳不是因为石子的速度变慢了,而是其移动轨迹随着时间变平。Bocquet和Clanet认为,石子移动时相对于水面的角度造成了这一现象。石子在向下移动时比向上移动时推出更多的水,因此随着时间的推移,动量传递越来越少,抬升力逐渐减小。最终,石子不再有足够的能量跳跃,它就会下沉。他们的实验表明,石子与水面之间的最佳角度为10—20度。

  2014年,美国犹他州立大学的一个团队尝试在水面上投掷弹性球体,并用高速摄像机捕捉球体动态。弹性球体比岩石更有弹性,因此当它们撞击水面时会被挤压变形成圆盘,呈现出理想形状。因为弹性球体的变形与它们撞击水面的角度无关,并且速度阈值较低,因此用它们实现更多的弹跳要容易得多。根据研究者的说法,任何人只要练习短短10分钟,就可以使弹性球体在水面弹跳20次。

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