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1、打水漂”中的物理知识摘要“打水漂”是人类最古老的游戏之一，是指用扁型瓦片或石片，在手上呈水 平放置后，用力飞出，石片擦水面飞行，石片碰水面后遇水面再弹起再飞，石片 不断在水面上向前弹跳，直至惯力用尽后沉水。虽然这是日常生活常见的现象，但其中包含了丰富的物理知识，如旋进、流 体表面张力、动量守恒等原理。水漂的影响力不仅在于游戏和运动，它对于航天 器返回时载入大气层姿态的控制，汽车和飞机轮胎的设计等均产生了深远的影 响。在这里,我们会向大家解释打水漂现象的实现并阐述打水漂现象的基本原理。目录一、“打水漂”的物理原理二、“打水漂”的选材、最佳姿势和角度三、历史实验得出结论四、“打水漂”的动量守恒定律
2、一、“打水漂”的物理原理根据流体力学的原理，流速越大压强越小。当密度比水大的物体掠过水面时， 带动它下面的水在非常短的时间内快速流动，从而压强减小，而更下面的水是静 止不动的，产生的压强大，如此就对物体产生一个压力，当压力大于物体的重力 时，物体就会弹起，这样的情况重复多次，物体就会出现在水面上跳跃的情况。 当压力小于重力时，物体就沉入水中。此外，当物体旋转时，能更加带动水的流 动，跳跃的次数会更多。打水漂时，需要瓷砖高速旋转，在与水面接触时，水面的弹性给了它向上的 冲击力，而且瓷砖旋转越快，打的水漂飞得越高，如果扔瓷砖时向外的速度较快， 打的水漂就越多。二、“打水漂”的选材、最佳姿势和角度首
3、先选材料很重要的，要找那样比较扁的，最好用瓦片，身体向后倾斜，手 臂与身体大约呈45。半蹲，瞄准后用臂膀力量发射出去。用拇指和中指捏住， 食指在后，扔出去的时候用食指拔下，让其旋转着扔出，角度应为20度。Fig. 1. Schematic view of the coHisiondl process of a flat stone encountering a water surface. The stone has a velocity Iwith an incidence angle & while W is ihe lilt angle of lhe stone. I ht? immer
4、sed area S,r. represents tlie art?a of th? stone in cimtact with lh water surface, I he depth of the ini- mersed ede is r.（图一）三、历史实验得出结论1、在抛掷石头时，其初速必须超过某个临界值(2.5m/s)时才会发生弹跳。2、弹跳次数多寡取决于石头入射水面时的速度，此速度则取决于石块抛掷的初 速。3、弹跳次数亦取决于石头面的触水角度。石头面若能保持20度左右的“梦幻角 度”撞击水面即可以得到最佳的打水漂效果，不仅能以最小的速率(2.5m/s)打出 水漂，还可以使石头与水面
5、碰触的时间降到最低，这代表因碰撞消耗的能量较小，因此有更多的能量保留做后续的弹跳。但实际上，弹跳次数 受角度不稳定因素限制，角度不稳定因素与运动速度无关，因此弹跳次数取决于 与继续飞行至关重要的第一次弹跳。4、旋转的石块能使飞行稳定，并且使其更容易受水面反弹、提高弹跳几率。5、石头的质量愈大，愈不利于弹跳。6、一般情况下，每一跳的距离大概在前一跳的 80%，然而由于水面的不均匀， 有些时候，也会出现后一跳距离长于前一跳的情况。dSkipping 21 onaif aL.l. a = L L - L l H L I 11 - J0 10 20 30 40 50 600 10 20 30 10 5
6、0 60015304560Angie(de$re$（图三）四、“打水漂”的动量守恒定律我们可以这样解释动量守恒定律在“打水漂”里发挥的作用，当石块与水面 相接触时，石块将一部分水向下推开，石块与这部分水作为一个近似封闭的系统, 遵循动量守恒，于是，石块向上弹起。由此产生的弹力可以近似的用流体压强乘 以石块与水面接触面积来计算。我们假设这个弹力刚好等于石块的重力，由此我 们可以简单推导出“打水漂”所需的最小速度。附：最新世界纪录：43岁的拉塞尔贝尔斯打破了世界打水漂纪录，他扔出的鹅 卵石在宾夕法尼亚州的湖上前行了 76米，跳跃51下。参考文献： American journal of physics v. 71, Feb. 2003:151 p. v.427,Jan.1,2004:29 p. 图一转自：American journal of physicsv. 71, Feb. 2003:151 p. 图二转自：American journal of physics v. 71, Feb. 2003:152 p. 图三转自： v.427,Jan.1,2004:29 p.
