Якщо дитина стрибає в а басейн і навколо немає нікого, хто б це побачив, це робить фурор? Звичайно, так. Сплеск є нагородою за стрибок. Діти не будуть бігати навколо басейну, відступаючи все далі й далі, щоб отримати і практикувати це ідеальний стрибати, якщо кожен вхід зустрічали в’ялими ковток. Стрибуни в басейні всюди живуть заради виверження води. Це кайф, чоловік. А гарматне ядро є королем для створення найкращого сплеску біля басейну.
Ви коли-небудь замислювалися, чому? Ну, іноді потрібен професор Массачусетського технологічного інституту, щоб пояснити речі, які ми всі вчимося до п’яти років Джон Буш, професор прикладної математики в Массачусетському технологічному інституті і фахівець з динаміки рідини, не займався тим, що, ймовірно, було важливим і інтелектуально продуктивні речі, щоб пояснити, чому гарматні ядра — і це схоже на технічний термін — такі яскраві, а також як зробити найкраще один.
flickr / Jlhopgood
По-перше, урок. Є чотири основні механічні концепції, які взаємодіють одна з одною, коли ви спостерігаєте, як хтось стрибає в басейні: сила тяжіння, опір форми, інерція рідини і, що стосується гарматних ядра, Worthington струмінь.
Перетягування форми: «Коли великий об’єкт рухається через рідину, ви отримуєте опір, який називається опором форми», – говорить Буш. Зміна щільності, через яку проходить об’єкт, дуже актуальна і в цьому випадку, оскільки зміна проходження повітря у воду створює вплив.
Інерція рідини: Тіло, що б'ється об воду, бореться з опором води або її інерцією рідини. «В основному ви отримуєте тиск, який чинить опір вашому руху, який пропорційний вашій швидкості, квадрату та щільності води», — Буш каже. Ця концепція також відіграє певну роль у стрибанні каменів і здатності деяких ящірок до цього бігати по воді.
Вортінгтон Джет: Коли впадеш куля в рідину він створює дірку у воді, і вода, яка була відсунута, потім кидається назад, щоб заповнити цю яму. «По суті, потрапляючи на поверхню, ви витісняєте воду», — каже Буш. «Ви залишаєте порожнину позаду, і це руйнування порожнини викликає сплеск», – каже Буш.
Подумайте про олімпійських високих дайверів, чия мета — створити найменший сплеск, який вони можуть. Причина, за термінологією механіки рідин, що вони так сумно намагаються увійти у воду якомога прямо вгору і вниз, полягає в тому, щоб витіснити якомога менше води.
«Це насправді є показником того, яку силу ви витримуєте під час удару», — каже Буш.
Гравітація: Чим далі ви падаєте, тим швидше ви рухаєтеся, коли потрапляєте у воду (нехтуйте тут концепцією кінцева швидкість, який в ідеалі не буде грати у ваш місцевий басейн).
«Якщо ви піднімаєтеся вище, ви рухаєтеся швидше, тому вплив вищий», – каже Буш.
Отже, підводячи підсумок: стрибун з гарматним ядром прискорюється в повітрі, опускаючись, поки не вдариться про спокійну воду. Потім вони втрачають силу, падаючи під поверхню; на долі секунди над ними у воді утворюється порожнеча, яке вода природним чином кидається, щоб заповнити, що призводить до вертикального бризку – і для цих цілей, в ідеалі, великого.
flickr / Лорен Кернс
Отже, чому Cannonballs?
Стрибок за стрибком, каже Буш, найкращий варіант для постійного витіснення найбільшої кількості води - це гарматне ядро. Чому? Фізика, звичайно. Стрибун зазвичай представляє найбільш відкриту для води поверхню, одночасно максимізуючи глибину спуску у воду.
Звичайно, не всі гарматні ядра створені однаковими. Маленькі діти це вже знають — чим більше джемпер, тим більше бризок. Чому? «Обсяг переміщеного буде пропорційним вашому розміру», — каже Буш. Ось чому гарматне ядро, виконане худим 8-річним дитиною, зблідне в порівнянні з технічно бездоганним зануренням, скажімо, борцем сумо або просто вісімрічним дитиною.
А як щодо пуза чи ножа?
Прихильники с флоп на животі безсумнівно, крик поганий на все вищесказане. Їхні замучені животи смиренно протестують, що плоский удар — це найефективніший з усіх варіантів. Вони можуть бути частково праві, каже Буш, тому що шлепки на животі створять більші горизонтальні бризки, ніж гарматне ядро. «Просто тому, що таким чином ви максимізуєте відкриту [поверхню]», — каже Буш. Але вертикальна траєкторія сплешу на флопі буде набагато нижчою, ніж у гарматного ядра, каже Буш, що робить його не ідеальним для перемоги в змаганнях. «І, звичайно, буде боляче, як у пеклі».
Хоча він стверджує, що гарматне ядро є найбільш послідовним стрибком, щоб створити найбільший сплеск, Буш допускає, що складний ніж пропонує інтригуючу комбінацію глибини та водозміщення, яка поєднує найкращі частини гарматного ядра та флоп, що призводить до вертикального та горизонтального сплеску, якщо все виконано правильно.
flickr / Тім Пірс
«Там ви отримуєте якийсь хиткий сплеск, він асиметричний», – каже Буш. Одна витягнута нога могла створити глибшу порожнину, ніж гарматне ядро. Додайте до цього кут нахилу дайвера з ножем (що призводить до послідовності ударів п’ятами і прикладом), і ви отримаєте деякі інші рівняння. «Звичайно, якщо ви зайдете боком, ви побачите щось на кшталт бічного бризка просто від... вашої горизонтальної інерції, що відхиляє рідину в горизонтальній формі».
Чи міг би правильно виконаний ножик створити більший сплеск, ніж гарматне ядро? Буш каже, що це цікаве з наукової точки зору питання, що вимагає подальших досліджень за допомогою високошвидкісної фотографії, басейну та охочого піддослідного.
«Це було б цікаво зробити, — каже він.
