Wie man laut einem Wissenschaftler den besten Plansch im Pool macht

Wenn ein Kind in einen springt Schwimmbad und es ist niemand da, um es zu sehen, macht es Furore? Natürlich tut es das. Der Spritzer ist die Belohnung des Sprungs. Kinder würden nicht um den Pool rennen und immer weiter zurücktreten, um das zu bekommen und zu üben perfekt springen, wenn jeder Eingang mit einem schlaffen getroffen wurde Schluck. Überall leben Poolspringer für die Eruption des Wassers. Das ist der Nervenkitzel, Mann. Und die Kanonenkugel ist der König, wenn es darum geht, den besten Spritzer am Pool zu zaubern.

Haben Sie sich jemals gefragt, warum? Nun, manchmal braucht es einen MIT-Professor, um Dinge zu erklären, die wir alle im Alter von fünf Jahren lernen, also John Bush, ein Professor für angewandte Mathematik am MIT und ein selbsternannter Strömungsmechaniker, nahm sich Zeit für die wahrscheinlich wichtigen und intellektuell produktive Dinge, um zu erklären, warum Kanonenkugeln – und das fühlt sich wie ein Fachbegriff – so spritzig sind und wie man das Beste daraus macht einer.

Zuerst eine Lektion. Es gibt vier primäre mechanische Konzepte, die miteinander interagieren, wenn Sie jemanden springen sehen im Pool: Schwerkraft, Formwiderstand, Flüssigkeitsträgheit und, was Kanonenkugeln betrifft, die Worthington Jet.

Formular ziehen: „Wenn sich ein großes Objekt durch eine Flüssigkeit bewegt, entsteht ein Widerstand, der als Formwiderstand bezeichnet wird“, sagt Bush. Auch hier ist die Dichteänderung, die ein Objekt durchquert, von hoher Relevanz, da die Änderung des Durchgangs von Luft in Wasser Wirkung erzeugt.

Flüssigkeitsträgheit: Der Körper, der auf das Wasser trifft, bekämpft den Widerstand des Wassers oder seine Flüssigkeitsträgheit Druck, der Ihrer Bewegung widersteht, der proportional zu Ihrer Geschwindigkeit im Quadrat und der Dichte des Wassers ist“, Bush sagt. Dieses Konzept spielt auch eine Rolle beim Springen von Steinen und der Fähigkeit bestimmter Eidechsen, über Wasser laufen.

Worthington-Jet: Wenn du umfällst eine Kugel in eine Flüssigkeit Es erzeugt ein Loch im Wasser, und das Wasser, das beiseite geschoben wurde, strömt dann zurück, um dieses Loch zu füllen. „Im Grunde verdrängt man Wasser, wenn man auf die Oberfläche trifft“, sagt Bush. „Man hinterlässt eine Kavität und es ist der Zusammenbruch der Kavität, die das Spritzen verursacht“, sagt Bush.

Denken Sie an olympische High Diver, deren Ziel es ist, den kleinsten Spritzer zu erzeugen, den sie können. Der Grund dafür, dass sie in der Terminologie der Strömungsmechanik so berüchtigt versuchen, so gerade nach oben und unten wie möglich ins Wasser zu gelangen, ist, so wenig Wasser wie möglich zu verdrängen.

„Das ist wirklich ein Indikator dafür, wie viel Kraft Sie während des Aufpralls aushalten“, sagt Bush.

Schwere: Je weiter Sie fallen, desto schneller sind Sie unterwegs, wenn Sie auf das Wasser treffen (vernachlässigen Sie hier das Konzept der Endgeschwindigkeit, die im Idealfall nicht in Ihrem örtlichen Schwimmbad spielen wird).

„Wenn Sie höher gehen, werden Sie schneller, sodass die Auswirkungen höher sind“, sagt Bush.

Zusammengefasst: Ein kanonenschießender Springer beschleunigt beim Abstieg durch die Luft, bis er auf das ruhige Wasser trifft. Sie verlieren dann an Kraft, während sie unter die Oberfläche stürzen; für Sekundenbruchteile existiert darüber im Wasser ein Hohlraum, in den das Wasser auf natürliche Weise strömt, um ihn zu füllen, was zu einem senkrechten Spritzer führt – und für diese Zwecke idealerweise ein großer.

Warum also Kanonenkugeln?

Sprung um Sprung, sagt Bush, Ihre beste Wahl, um konstant das meiste Wasser zu verdrängen, ist die Kanonenkugel. Wieso den? Physik natürlich. Der Springer präsentiert dem Wasser typischerweise die am stärksten exponierte Fläche und maximiert gleichzeitig die Abstiegstiefe ins Wasser.

Natürlich sind nicht alle Kanonenkugeln gleich. Kleine Kinder wissen das bereits – je größer der Pullover, desto größer der Spritzer. Wieso den? „Das verdrängte Volumen wird proportional zu Ihrer Größe sein“, sagt Bush. Aus diesem Grund wird eine Kanonenkugel, die von einem dürren 8-Jährigen ausgeführt wird, im Vergleich zu einem technisch einwandfreien Tauchgang beispielsweise eines Sumoringer – oder einfach nur eines heiseren 8-Jährigen – verblassen.

Was ist mit einem Belly Flop oder einem Klappmesser?

Anwälte der Bauchlandung Zweifellos schreien Sie schlecht über all das oben Genannte. Ihre gequälten Bäuche protestieren demütig, dass ein flacher Aufprall die spritzigste aller Optionen ist. Sie könnten teilweise recht haben, sagt Bush, weil Bauchflosse einen größeren horizontalen Strahl erzeugen als die Kanonenkugel. „Einfach, weil man auf diese Weise den exponierten [Oberflächen-]Bereich maximiert“, sagt Bush. Aber die vertikale Splash-Flugbahn des Belly Flop wird viel niedriger sein als die der Kanonenkugel, sagt Bush, was ihn nicht ideal macht, um Splash-Wettbewerbe zu gewinnen. "Und natürlich wird es höllisch weh tun."

Während er behauptet, dass die Kanonenkugel der beständigste Sprung ist, um den meisten Spritzer zu erzeugen, lässt Bush zu, dass die Klappmesser bietet eine faszinierende Kombination aus Tiefe und Wasserverdrängung, die die besten Teile der Kanonenkugel und des Belly Flop kombiniert und bei richtiger Ausführung sowohl zu vertikalem als auch horizontalem Spritzen führt.

"Da bekommt man eine Art wackeliges Spritzen, es ist asymmetrisch", sagt Bush. Das eine verlängerte Bein könnte einen tieferen Hohlraum als eine Kanonenkugel schaffen. Hinzu kommt der oft aus dem Gleichgewicht geratene Winkel des Tauchers in einem Klappmesser (was zu einer Aufprallfolge mit Fersen und Hintern führt), und Sie haben einige andere Gleichungen im Spiel. „Natürlich, wenn Sie seitlich hineingehen, gibt es eine Art seitliches Spritzen nur von … Ihrer horizontalen Trägheit, die Flüssigkeit in eine horizontale Form ablenkt.“

Könnte ein richtig ausgeführtes Klappmesser einen größeren Spritzer erzeugen als eine Kanonenkugel? Es ist eine wissenschaftlich interessante Frage, sagt Bush und bittet um weitere Untersuchungen mit Hochgeschwindigkeitsfotografie, einem Schwimmbad und einem willigen Testobjekt.

„Das würde Spaß machen“, sagt er.