Hvis et barn hopper i en pool og der er ingen i nærheden til at se det, giver det et sprøjt? Selvfølgelig gør det det. Sprøjtet er belønningen for springet. Børn ville ikke løbe rundt om poolen og træde længere og længere tilbage for at komme og øve sig på det Perfekt hoppe, hvis hver indgang blev mødt med en slap sluge. Bassinhoppere overalt lever for vandets udbrud. Det er spændingen, mand. Og kanonkuglen er konge for at fremtrylle det bedste plask ved poolen.
Har du nogensinde spekuleret på hvorfor? Nå, nogle gange kræver det en MIT-professor til at forklare ting, som vi alle lærer i en alder af fem, så John Bush, en professor i anvendt matematik ved MIT og en selvbeskrevet væskedynamiker, tog sig tid fra at gøre, hvad der sandsynligvis var nogle vigtige og intellektuelt produktive ting for at forklare, hvorfor kanonkugler er - og det føles som et teknisk udtryk - så sprøjteagtige, samt hvordan man laver det bedste en.
flickr / Jlhopgood
Først en lektion. Der er fire primære mekaniske begreber, der interagerer med hinanden, når du ser nogen hoppe i poolen: tyngdekraft, formmodstand, væskeinerti og, hvad angår kanonkugler, Worthington Jet.
Formulartræk: "Når en stor genstand bevæger sig gennem en væske, får du en modstand, som kaldes et formtræk," siger Bush. Ændringen i densiteter, som et objekt passerer igennem, er også yderst relevant i dette tilfælde, da ændringen af at passere gennem luften til vand skaber påvirkning.
Væskeinerti: Kroppen, der rammer vandet, bekæmper vandets modstand eller dets væskeinerti.“Du får dybest set en tryk, der modstår din bevægelse, som er proportional med din hastighed, i kvadrat og vandets tæthed," Bush siger. Dette koncept spiller også en rolle i at springe sten over og visse firbens evne til at løbe over vandet.
Worthington Jet: Når du taber dig en kugle til en væske det skaber et hul i vandet, og vandet, der blev skubbet til side, skynder sig derefter tilbage for at fylde det hul ud. "Dybest set, når du rammer overfladen, fortrænger du vand," siger Bush. "Du efterlader et hulrum bag sig, og det er sammenbruddet af hulrummet, der forårsager sprøjtet," siger Bush.
Tænk på olympiske højdykkere, hvis mål det er at skabe det mindste stænk, de kan. Grunden til, i fluidmekanikkens terminologi, at de så berygtet forsøger at komme ned i vandet så lige op og ned som muligt, er at fortrænge så lidt vand som muligt.
"Hvilket virkelig er en indikator for, hvor meget kraft du opretholder under påvirkning," siger Bush.
Tyngdekraft: Jo længere du falder, jo hurtigere rejser du, når du rammer vandet (se her bort fra begrebet Terminal hastighed, som ideelt set ikke kommer til at spille din lokale swimmingpool).
"Når du går højere, går du hurtigere, så virkningen er højere," siger Bush.
Så sammenfattende: En kanonskuglespringer accelererer gennem luften, mens de går ned, indtil de rammer det rolige vand. De mister derefter kraft, mens de styrtdykker under overfladen; i brøkdele af et sekund eksisterer et hulrum over dem i vandet, som vandet naturligt strømmer ind for at fylde, hvilket fører til et lodret stænk – og til disse formål ideelt set et stort.
flickr / Loren Kerns
Så hvorfor kanonkugler?
Hop efter hop, siger Bush, dit bedste bud på konsekvent at fortrænge mest vand er kanonkuglen. Hvorfor? Fysik, selvfølgelig. Springeren vil typisk præsentere den mest udsatte overflade af området for vandet, mens den samtidig maksimerer dybden af nedstigningen i vandet.
Selvfølgelig er ikke alle kanonkugler skabt lige. Små børn ved det allerede - jo større jumper, jo større plaske. Hvorfor? "Den forskudte volumen vil være proportional med din størrelse," siger Bush. Derfor vil en kanonkugle henrettet af en mager 8-årig blegnere i forhold til et teknisk fejlfrit dyk af f.eks. en sumobryder - eller bare en husky 8-årig.
Hvad med en maveflop eller jackkniv?
Fortalere for mave flop uden tvivl græde grimt på alle ovenstående. Deres torturerede maver protesterer ydmygt over, at et fladt slag er den mest sprøjtede af alle muligheder. De kan have delvis ret, siger Bush, fordi maveflop vil skabe en større vandret spray end kanonkuglen. "Simpelthen fordi du maksimerer det udsatte [overflade] område på den måde," siger Bush. Men maveflops lodrette bane for stænk vil være meget lavere end kanonkuglen, siger Bush, hvilket gør den ikke ideel til at vinde stænkkonkurrencer. "Og selvfølgelig kommer det til at gøre helvede ondt."
Mens han fastholder, at kanonkuglen er det mest konsekvente spring for at skabe mest sprøjt, tillader Bush, at jackkniv tilbyder en spændende kombination af dybde og vandforskydning, der kombinerer de bedste dele af kanonkuglen og maveflop, hvilket fører til både lodret og vandret stænk, når det gøres korrekt.
flickr / Tim Pierce
"Der får du et slags skævt plask, det er asymmetrisk," siger Bush. Det ene forlængede ben kunne skabe et dybere hulrum end en kanonkugle. Læg dertil den ofte uforskammede vinkel af dykkeren i en jackkniv (der fører til en hæl-røv-sekvens af stød), og du har nogle andre ligninger i spil. "Selvfølgelig, hvis du går ind sidelæns, er der en slags lateralt sprøjt bare fra... din vandrette inerti afbøjer væske i vandret form."
Kunne en korrekt udført jackkniv skabe et større stænk end en kanonkugle? Det er et videnskabeligt interessant spørgsmål, siger Bush og beder om yderligere undersøgelse med højhastighedsfotografering, en swimmingpool og en villig testperson.
"Det ville være en sjov ting at lave," siger han.
