Hvis et barn hopper inn i en basseng og det er ingen rundt som kan se det, gjør det noe? Selvfølgelig gjør det det. Plasken er belønningen for hoppet. Barn ville ikke løpe rundt bassenget, gå lenger og lenger tilbake for å få og øve på det perfekt hoppe hvis hver inngang ble møtt med en slapp gulp. Bassenghoppere overalt lever for utbruddet av vannet. Det er spenningen, Mann. Og kanonkulen er konge for å trylle frem det beste plask ved bassengkanten.
Noen gang lurt på hvorfor? Vel, noen ganger krever det en MIT-professor for å forklare ting som vi alle lærer i en alder av fem, så John Bush, en professor i anvendt matematikk ved MIT og en selvskreven væskedynamiker, tok seg tid fra å gjøre noe som sannsynligvis var viktig og intellektuelt produktive ting for å forklare hvorfor kanonkuler er - og dette føles som et teknisk begrep - så sprutende og hvordan man kan lage det beste en.
flickr / Jlhopgood
Først en leksjon. Det er fire primære mekaniske konsepter som samhandler med hverandre når du ser noen hoppe i bassenget: tyngdekraft, formmotstand, flytende treghet og, når det gjelder kanonkuler, Worthington jetfly.
Skjemadra: "Når en stor gjenstand beveger seg gjennom en væske, får du en motstand, som kalles en form drag," sier Bush. Endringen i tettheten som et objekt passerer gjennom er også svært relevant i dette tilfellet, ettersom endringen av å passere gjennom luften til vann skaper støt.
Væsketreghet: Kroppen som treffer vannet bekjemper motstanden til vannet, eller dets væsketreghet. «Du får i utgangspunktet en trykk som motstår bevegelsen din, som er proporsjonal med hastigheten din, i kvadrat og tettheten til vannet," Bush sier. Dette konseptet spiller også en rolle i å hoppe over steiner og evnen til visse øgler til løpe over vann.
Worthington Jet: Når du slipper en kule til en væske det skaper et hull i vannet, og vannet som ble skjøvet til side skynder seg deretter tilbake for å fylle ut det hullet. "I utgangspunktet, når du treffer overflaten, fortrenger du vann," sier Bush. "Du legger igjen et hulrom, og det er kollapsen av hulrommet som forårsaker sprutet," sier Bush.
Tenk på olympiske høydykkere som har som mål å skape den minste spruten de kan. Grunnen, i fluidmekanikkens terminologi, til at de så beryktet prøver å komme inn i vannet så rett opp og ned som mulig, er å fortrenge så lite vann som mulig.
"Som virkelig er en indikator på hvor mye kraft du opprettholder under påvirkning," sier Bush.
Tyngdekraft: Jo lenger du faller, jo raskere reiser du når du treffer vannet (se bort fra konseptet med terminalhastighet, som ideelt sett ikke kommer til å spille ditt lokale svømmebasseng).
"Når du går høyere, går du raskere, så virkningen er høyere," sier Bush.
Så, oppsummert: En kanonballhopper akselererer gjennom luften mens de går ned til de treffer det rolige vannet. De mister da kraft mens de stuper under overflaten; i brøkdeler av et sekund eksisterer det et hulrom over dem i vannet, som vannet naturlig suser inn for å fylle, noe som fører til en vertikal sprut – og for disse formålene, ideelt sett en stor.
flickr / Loren Kerns
Så hvorfor kanonkuler?
Hopp etter hopp, sier Bush, det beste alternativet for å konsekvent fortrenge mest vann er kanonkulen. Hvorfor? Fysikk, selvfølgelig. Hopperen vil typisk presentere den mest utsatte overflaten av området til vannet samtidig som den maksimerer dybden av nedstigningen i vannet.
Selvfølgelig er ikke alle kanonkuler skapt like. Små barn vet dette allerede - jo større genser, jo større sprut. Hvorfor? "Volumet som forskyves kommer til å være proporsjonalt med størrelsen din," sier Bush. Det er grunnen til at en kanonkule henrettet av en mager 8-åring vil blekne sammenlignet med et teknisk feilfritt dykk av for eksempel en sumobryter - eller bare en husky 8-åring.
Hva med en mageflopp eller jackknife?
Talsmenn for mageplask uten tvil gråte stygt på alle de ovennevnte. Deres torturerte mage protesterer ydmykt mot at et flatt støt er det mest sprutende av alle alternativene. De kan ha delvis rett, sier Bush, fordi mageflopper vil skape en større horisontal spray enn kanonkulen. "Ganske enkelt fordi du maksimerer det utsatte [overflaten] området på den måten," sier Bush. Men magefloppens vertikale sprutbane vil være mye lavere enn kanonkulen, sier Bush, noe som gjør den ikke ideell for å vinne sprutkonkurranser. "Og, selvfølgelig, det kommer til å gjøre helvete vondt."
Mens han fastholder at kanonkulen er det mest konsekvente hoppet for å skape mest mulig sprut, tillater Bush at jackkniv tilbyr en spennende kombinasjon av dybde og vannforskyvning som kombinerer de beste delene av kanonkulen og magefloppen, som fører til både vertikal og horisontal sprut når den gjøres riktig.
flickr / Tim Pierce
"Der får du et slags sprut, det er asymmetrisk," sier Bush. Det ene forlengede beinet kan skape et dypere hulrom enn en kanonkule. Legg til det den ofte usikre vinkelen til dykkeren i en jackkniv (som fører til en sekvens av støt med hæler), og du har noen andre ligninger i spill. "Selvfølgelig, hvis du går inn sidelengs, er det en slags sidesprut bare fra... din horisontale treghet som avleder væske i horisontal form."
Kan en riktig utført jekkkniv skape et større sprut enn en kanonkule? Det er et vitenskapelig interessant spørsmål, sier Bush, og ber om ytterligere undersøkelser med høyhastighetsfotografering, et svømmebasseng og en villig testperson.
"Det ville vært en morsom ting å gjøre," sier han.
