這個”打水漂“可不是什么努力都白費了的意思哦,,而是一項世界各地人民都喜歡的岸邊水上運動。
要說有多喜愛呢,,北美甚至于1989年在德克薩斯州成立了”打水漂協(xié)會“,,舉行打水漂錦標(biāo)賽,跳躍次數(shù)最多者取勝,,而蘇格蘭每年也會舉辦相關(guān)的比賽,,但是獲勝條件不太一樣,是飛的遠的獲勝(你想不想整個冠軍,?),。 可見大家對打水漂這項運動的喜愛。 江湖上有句很流行的話:“有人的地方就有江湖,?!?/span> 而我們“水漂界”也有一句話:“有水的地方就有水漂,!” 你不要過來鴨,小石頭
打水漂也能發(fā)Nature,? The article about stone skipping on Nature,? 大家可能就要問了,這打水漂還能玩到什么境界,? (玩出什么花來) 那你就大錯特錯了,! 如果我們沒有掌握一定的技巧,那可能僅僅就是 一個水花,,跳水最后得分,,10分,哇?。,。?/span> 不好意思,,走錯片場了,。 而世界吉尼斯紀錄保持者Kurt Steiner打水漂記錄是88次。 kurt steiner 而打水漂掠過距離最長的世界紀錄保持者Dougie Isaacs劃出了121.8米的距離,。[1] 然后我看了看我打出的一個水花 難過的留下了眼淚 痛定思痛之后 我決定好好研究一下 弄清楚里面的物理過程 并準(zhǔn)備寫一篇名為《論如何科學(xué)的打水漂》的論文 并爭取發(fā)表在《宿舍學(xué)報》上 (總覺得我在瞎研究) 結(jié)果 我用關(guān)鍵字搜索了一下與水漂相關(guān)的論文 (誰會研究這個嗎,?) 突然 一篇2004年的Nature印入了我的眼簾 什么?,?,? 這東西還能發(fā)Nature?
我揉了揉眼睛,,發(fā)現(xiàn)并沒有看錯 算了,,《宿舍學(xué)報》計劃宣布破產(chǎn),先學(xué)一下技術(shù) 水漂分析 來源:文獻 [2] 這篇Nature通過大量系統(tǒng)的實驗發(fā)現(xiàn)了一個打水漂的最優(yōu)解,,也就是當(dāng)石頭圓盤的平面與水面的夾角為20°時,,是打水漂的最佳角度。[3] 不過這是為什么,,這篇文章沒有給出合理的解釋,。
如何才能打出一個完美的水漂? How can I make a perfect stone skipping? 而第二年的一篇PRL,,通過數(shù)值模擬,,給出了理論解釋: 簡化模型 來源:文獻4 通過對水漂過程中石頭-水平面進行建模,給出了和上面那篇Nature相同的結(jié)論,,即20°角確實可以讓水漂表現(xiàn)最好,。[4] 那么除了這個角度之外,打水漂還需要哪些參數(shù),,才能把這個水漂打的又遠彈跳次數(shù)又多呢,? 按照經(jīng)驗來說,,肯定初始速度越大越好,因為在碰撞水面的過程中會損失一定的能量,,相同情況下,,初始平動動能大的飛的遠。而有一篇名為《Continual skipping on water》的文獻中,,證實如果石頭可以維持水平速度,,那么這個水漂將會一直進行下去(是不是感覺在哪里見過類似的結(jié)論?),。[5] 石頭飛出手時,,最好可以自帶旋轉(zhuǎn),這樣可以讓石頭在運動過程中保持一定的穩(wěn)定性,,這其中主要是利用了陀螺儀的原理,,并且由于陀螺效應(yīng)可以繼續(xù)進行直線運動而不會出現(xiàn)偏差(大霧)。[6] 陀螺儀是一種由輪子或者圓盤組成的組成的裝置,,它可以圍繞軸自由轉(zhuǎn)動,,而軸的方向不受傾斜的影響。重力對旋轉(zhuǎn)盤平面的影響導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸“偏轉(zhuǎn)”,,而施加在旋轉(zhuǎn)盤上的有效扭矩(是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的一種特殊的力矩)對角動量矢量也有影響,。最終使得整個旋轉(zhuǎn)軸在重力和其自身角動量矢量的影響下找到了平衡,從而維持了一定的穩(wěn)定性,。 而且文獻中也提出,,石頭的形狀最好是圓盤形狀。[6] 綜上,,所有的條件基本都給出了: 圓盤狀的石頭,,20°的角度,自旋角速度越大越好,,初始速度(拋射速度)越大越好,。 所以記住了這些訣竅的小伙伴,一個小池塘可能已經(jīng)滿足不了諸位小伙伴了,。 趕緊找片大海練練手吧,,不過一定要注意安全昂,! 是不是還有一個關(guān)鍵性問題沒有解決,?那就是水漂為什么會飛起來! 當(dāng)石頭以一定角度將水向下推的時候,,水面給的反作用力使其豎直速度反向,,并損耗一定的能量,而之后繼續(xù)飛的石頭是以與飛盤相似的方式產(chǎn)生升力,,而這與水的表面張力幾乎沒有關(guān)系,。 [1] 來源:維基百科 研究水漂有什么用,? What is the significance of the study? 不知不覺,竟然參考了這么多文獻,,其中竟然還包括Nature,。那么研究打水漂肯定不光光是為了好玩吧。 那么,,問題來了:打水漂有什么用嗎,? 當(dāng)然有用,而且甚至在戰(zhàn)爭中被用到了武器上,。 在帆船時代,,由于火炮動力不足,鐵質(zhì)的炮彈飛行距離過小,。這時候就有一部分人發(fā)現(xiàn),,可以讓炮彈通過這種“打水漂”的方式。無形中增加了射程,,也大大增加了獲勝的幾率,。畢竟對方還碰不到自己的時候,已經(jīng)打中了對方帆船,,甚至擊沉對方,。 而威廉·伯恩更進一步,他通過研究第一個提出:如果炮彈能夠以足夠低的角度發(fā)射出去,,將會到達更遠距離,。[7] 而在二戰(zhàn)時期,英國工程師也開發(fā)了一種類似的武器,,這種武器在撞擊前以極快的速度旋轉(zhuǎn),,從而在水面上移動,最終炸毀了德國關(guān)鍵的水壩,。 示意圖 來源:騰訊網(wǎng) |
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