武侠小说里的一些稀世神功,是很多武侠迷的较爱,其中有一种轻功叫做“水上漂”,要练就这样的功夫,在武侠的世界里比较容易,回到现实生活中,我们用科学的原理来解释这个现象,应该需要怎样的条件才能达到这样的效果?对于一个人摆腿速度和频率有怎样的要求?
“水上漂”这样的功夫从力学的角度看是可以实现的,只要你出脚的速度足够快,因为如果出脚速度足够快,看似柔弱的水是来不及变形的,相当于刚体,这就是为什么你从高处跳到水里会拍的很痛,如果从100米高的地方落水和落在水泥地上效果差不多!所以说,只要脚步踏下去的速度频率足够快,理论上是可以实现在水面上飞奔的效果的。
关于如何“水上漂”这个问题还真有人去研究了,几个意大利的科学家试图通过实验来验证这个大开脑洞的设想,他们还把这个研究结果发表在“PLOS ONE(Public Library of Science 一个虚拟网络上的公共科学图书馆)”上面,这几个科学家因此还获得了2013年的诺贝尔物理学奖,准确的说是搞笑诺贝尔物理学奖。
自然界中还是有已经练成“水上漂”的动物,比如“双冠蜥”,
双冠蜥之所以能在水上奔跑而不下沉,这主要得益于三点:
1、相对较轻的体重(约90 g),
2、增加它能蹬水(每秒8次)的强劲的后肢肌肉,
3、较大的脚掌面积。
于是这几个科学家试图从师双冠蜥。他们先研究了一个普通重量的人需要多大的蹬水速度和力量才能实现双冠蜥这样的水上漂,计算结果表明,想要达到这种效果双腿需要以
于一个普通重量的人来说,如果试图在水面上使用双冠蜥的方式奔跑,大约需要双腿以30m/s的速度进行蹬水,而要想达到这个速度需要人类下肢的肌肉力量增长为现在的15倍才有可能,这样的话,在国外只能去找钢铁侠了。
力量上无法达到要求,那就另辟蹊径,增大脚掌与水的接触面积,这个研究计算的结果是,一个人穿上面积为1平方米的“蹼”,仍然需要10m/s的速度蹬水才能在水上奔跑。这个速度可以去争奥运会百米奖牌了,博尔特或苏炳添的速度应该是够了,但力量上还是无法维持。
看来力量与速度都行不通,于是,这些意大利的科学家们为了实现“水上漂”的梦想,他们继续开脑洞,又想出了一个方法,那就是减小重力加速度,根据理论模型,只要重力加速度≦2.16m/s2(0.22G),人就可以以正常的步速(2.504米/秒,每秒踩水3.4次)行走在水面上而不下沉。地球上是找不到这样的地方了,不过月球表面的重力加速度(1.62m/s2)只有地球的六分之一,只要你的体重不过73公斤,你就可以的实现“水上漂”的梦想了,这个对于大多数人来说都不难,对于小胖子来说,减减肥也是可以的!
当然,这几个意大利科学家没有办法把游泳池搬到月球去做实验,但这也没难倒他们,根据阿基米德基本原理,他们模拟了一个低重力加速度的环境,就是让实验者先穿上增大脚掌面积的蹼,然后把实验者悬挂于一个可以调节拉力的架子上,相当于变相的减小了重力,架子下方有一个小泳池,这样,实验人员为了使自己稳定就需要不断的蹬水。实验结果表明,在10%重力加速度的情况下,的6个实验者在蹬水的情况下都能保持自己不沉下去。当然,随着模拟的重力加速度不断的增加,能保持不沉的实验者也就越来越少(很累人的实验)。