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打水漂是人类最古老的游戏之一,据推测从石器时代就开始了,如何将水漂打得既多又远,一直是人们感兴趣的问题。最近,法国科学家经过研究,揭开了打水漂的奥秘。
马赛大学失去平衡现象研究所的克里斯托弗·克兰尼特和他的两位同事制作了一个“打水漂机”,实际上就是个机械化弹弓,用来发射不同大小的铝制飞碟。科学家向一个水池发射飞碟,同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来———飞碟接触水面的时间通常不到百分之一秒。
在试验中,研究人员改变了飞碟的直径、厚度、速度以及入水角度和旋转等因素,经过反复尝试,他们终于发现了打水漂的奥秘:关键在于角度。如果石块入水的角度大于45度,它根本弹不起来,会直接沉入水中;当石块与水面的夹角为20度时,它在水面上弹跳的次数最多,“这就是打水漂的黄金角度”。克兰尼特补充说,旋转的石块要比不旋转的弹跳次数更多,因为旋转可以使石块更稳定,并减少消耗的动能。水漂的数量还与石块的速度成正比,直径5厘米的铝片以20度夹角接触水面时,速度必须达到每秒2.5米以上,否则就会落水。而扁平、圆形的石块则是打水漂最理想的材料。这项有趣的发现发表在最新一期《自然》杂志上。
以前也有学者研究过打水漂的理论,但他们的结论都是建立在推理而不是实验的基础上。克兰尼特说:“打水漂机帮我们揭开了这种弹跳现象的物理真谛。”美国的麦金尼克岛至今还要举办一年一度的打水漂大赛,这项游戏的纪录是杰丹·科尔曼1992年创造的,当时他用一个圆石片打了38个水漂。
失去平衡现象研究所专门研究日常生活中一些不引人注意的稀奇古怪的问题,例如倒酒时瓶子发出的“汩汩”声有什么规律,水龙头滴下的水滴汇集成水流时是个什么过程。现在克兰尼特正与同事研究怎样能够沏出一杯“完美的茶”以及板球运动中的物理学。
克兰尼特的打水漂实验有着十分重要的实际意义。当航天器从空气稀薄的太空重返地球、进入“浓密的”大气层时,它的运动方式就与打水漂有几分类似,也有一个在大气中“弹跳”的过程。因此打水漂实验将帮助物理学家更准确地模仿航天器回收过程,提高回收的成功率。
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