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抱著球跳水,球為什麽被彈射到幾十米高,妳知道是什麽原理嗎?

個胖子抱著皮球跳進水裏,這個球瞬間就被彈到幾十米高度,皮球就像被彈弓彈了出去,而皮球周圍只有水,那麽水又是如何形成壹個彈弓的呢?

當金屬球以壹定速度掉進水裏時,身後會形成壹個狹長的錐形空氣曲,當這個空腔重新閉合後,就會把壹部分空氣封閉起來,形成壹個附著在金屬球上的流線型空炮。此時的金屬球就像在空氣中壹樣,以接近壹個G的加速度下落,原因是流線型的空炮能推遲水流分離,只有運動到尾部尖端時才出現微弱的分離。頭部的高壓區和分離喔的低壓區之間的壓差顯著減小,同時水貼著空氣流動,摩擦力也很低,因此空泡受到的壓差阻力和摩擦阻力很小,只相當於無空泡金屬球阻力的1/10。

可見,想讓物體在水中以極低的阻力運動,添加壹個恐怕外殼必不可少。但是想讓物體乙的阻力快速彈出水面,還需要制造高速的向上水流來推動物體。要制造這樣的水流非常簡單,只需要讓物體掉進水裏。如果物體出水時動量足夠大,就會讓裝機點周圍的水受到側向壓力而快速遠離,此時水的慣性力和表面張力效應之比,也就是微波數會遠大於壹,表示水的運動受慣性力主導。因此,水在分開時深度越大,水壓就越大,減速就越快,於是形成了口大底小的錐形通氣區,當這個錐形空炮擴大到極限,就會像中軸線收縮,而空炮底部比頂部運動距離更短,但底部比頂部受到的水壓更大,所以空炮底部的水會最先匯合,從底部向頂部依次閉合,而水流在中心閉合時互相撞擊形成高壓,將中軸線出的水像空炮裏擠壓,出現了向上的射流。

隨著空炮閉合,射流就會不斷疊加增強,並跟著空炮向上運動,最後噴出水面,叫做沃辛頓射流。可見錐形通氣區在和下面的射流同步上行。如果空泡底部有個較輕的物體,壹半在空氣裏,壹半在水裏,那麽物體就會受到水的浮力和射流較大的推力以及較小的空氣阻力,從而獲得足夠的加速度,幾乎和空炮保持同步上行,在通氣區封閉時彈出水面。因此這就像壹個水做的彈弓,彈想讓這個水彈弓發揮最大威力,就要讓通氣區的容積盡量大,以便形成足夠強的射流,而通氣區的大小又和物體的表面積體積比負相關。在壹定質量和速度下,球體由於表面積體積比最小,能制造出容積最大的通氣區,因此射流最強。而同等質量和速度的長方體,雖然表面積體積比有所減小,通氣區不如球體大,但可以靠較大的出水面積來增加空炮寬度,提高水面閉合時的撞擊動能,也能形成較強的射流。

根據這壹原理,壹個橫截面為橢圓形的重型胖子,以平躺姿勢跳進水裏時,就能制造出寬度和深度都足夠大的空泡,並且在空炮閉合中形成足夠強勁的射流。而胖子要做的只是在空泡底部適時的釋放皮球,它就能被這個強力水彈弓瞬間加速。所以皮球飛行的高度實際上是反映了胖子入水時的姿態和動能。

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