出品:科普中国
制作:牛超群(中国科学院半导体研究所)
监制:中国科学院计算机网络信息中心
不知道大家有没有和笔者同样的经历:小时候和小伙伴在一起玩时,常常因为不会打水漂而感到自己不够聪明。
其实,打水漂也有科学的秘诀!
当我们一个水漂都不会打的时候,早已经有人利用这个技能获得了吉尼斯世界纪录。目前打水漂的纪录是88次连跳,由美国人库尔特·斯坦纳2014年创下。
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其实关于打水漂这个看似简单的娱乐背后隐藏着巨大的物理学背景。
石片如何实现"水上漂"?首先我们需要考虑一个问题,石片为何能够在水面上弹跳?
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原因是,当一块石头片打入水中后,会对接触面部分的水面进行挤压,石片将一部分水向下推开,此时与石片底部接触的一部分液体保持与石片相同的速度,未与石片接触的液体保持静止。
根据伯努利原理,流速大的地方压强小,因此两部分液体之间的压强差使得石片存在一个向上的推力,压强差越大,向上的推力越大。当其推力能够克服重力作用,就会被弹起。石片跳跃多次之后速度会减慢,两部分压强差减小,获得的推力不再能够抵消重力作用,最后石片沉入水底。
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要怎样扔出去,石头才会"漂"起来?科学家还真有认真研究这事。在2002年,一项发表在英国期刊《流体力学》杂志上的研究表示:
要形成水漂,石头在水中的运动过程需要保持方向不变,这就需要石片进入水中时必须存在自旋现象,类似于陀螺效应。陀螺在旋转时存在大的自旋角速度,所以陀螺可以保持竖直方向不倒。而让石头在出手后旋转起来需要一定的技巧,这也是大部分人不会打水漂的原因。