作者 / 极萨学院冷哲
不知道大家有没有试过小时候在澡堂子里用毛巾摔水面发出 pia 的巨大声音?想过为啥一个毛巾就能发出这么大的声音?
这个现象,被称为水面效应(Water Surface Effect)。
水面效应指的是当物体以高速或大面积接触水面时,水面表现出类似于固体的抵抗力,导致物体受到巨大的冲击力。尽管水是一种流体,但在高速冲击下,水面的物理特性使其在短时间内难以迅速分开,表现得像固体一样。这个效应是导致从高处跳水、特别是平着入水时,容易受伤的重要原因。
水面效应的原理也很容理解,
水是一种几乎不可压缩的流体,这意味着在受到外力时,水分子之间的距离几乎不变。当物体高速接触水面时,水分子没有足够的时间向周围分散,这就导致水面在短时间内无法让物体穿透,表现出类似于固体的阻力。
所以我们做的都是排开水,而不是压缩水。
另外还有一个必须要了解的是水的表面张力。
水具有较强的表面张力,这是由于水分子之间的相互吸引力所导致的。当物体高速撞击水面时,水的表面张力进一步增强了水面的“硬度”,使得水面短时间内更难被打破或穿透。
当物体平摊着(如平着入水)接触水面时,接触面积大,作用力分布在更大的区域上。由于水面在短时间内无法迅速移动或分散开来,这种广泛的接触导致整个水面区域都在瞬间承受巨大的力,从而使水面表现得像坚硬的表面一样。
物体的速度越快,水面效应越明显。高速下的物体需要更大的力才能突破水面,因为水分子在极短的时间内难以让开,从而产生极高的阻力。这个阻力相当于物体上了地面一样,或者是撞到了一个铁板。
那对于从高处平着跳水时,由于接触水面的面积较大,入水时受到的阻力很大,水面效应特别明显。水在瞬间表现得像一个“坚硬的板子”,可能导致严重的身体损伤,例如皮肤撕裂、骨折、内脏挫伤等。
相比之下,如果采取头部或脚尖先入水的流线型姿势,接触水面的面积大大减小,水面效应的影响会显著减少,入水更容易,风险也相应降低。
也可以从力学角度分析。
当一个人从 10 米高的地方掉入水中时,由于重力作用,人的速度会逐渐增加。在接触水面的一瞬间,人的速度急剧减小甚至为零。这意味着动量发生了巨大变化。而这种变化需要一个力来实现,这个力就是冲击力。
平摊入水时,人体与水面接触的面积较大,导致水的阻力作用在较大面积上。这意味着每一平方厘米的皮肤都承受着强大的力,而且由于人体平着入水,水面在极短的时间内(几毫秒内)减速。这意味着在极短的时间内动量变化非常大,冲击力几乎瞬间达到峰值。
正确的入水姿势非常关键。理想情况下,跳水者应保持身体笔直,脚或手先入水。
这样的作用是减少水的阻力,可以有效的降低冲击力。
举个极端例子,一个成年人从 10 米高跳水,如果是平着拍在水上,大概估算下,这个力得有几千牛顿,相当于几顿的重量砸在身上…
而采用正确的跳水姿势,这个力只有不到十分之一甚至更低…
所以这小伙真属于胆子大,运气又不是最糟的…
而且还有一个没说的,从桥上跳水,万一水深不够,就即便是姿势对了,也是非死即伤…
来源:知乎