打水漂”中的物理知識摘要“打水漂”是人類最古老的游戲之一，是指用扁型瓦片或石片，在手上呈水平放置后，用力飛出，石片擦水面飛行，石片碰水面后遇水面再彈起再飛，石片不斷在水面上向前彈跳，直至慣力用盡后沉水。雖然這是日常生活常見的現(xiàn)象，但其中包含了豐富的物理知識，如旋進、流體表面張力、動量守恒等原理。水漂的影響力不僅在于游戲和運動，它對于航天器返回時載入大氣層姿態(tài)的控制，汽車和飛機輪胎的設(shè)計等均產(chǎn)生了深遠的影響。在這里,我們會向大家解釋打水漂現(xiàn)象的實現(xiàn)并闡述打水漂現(xiàn)象的基本原理。目錄一、“打水漂”的物理原理二、“打水漂”的選材、最佳姿勢和角度三、歷史實驗得出結(jié)論四、“打水漂”的動量守恒定律一、“打水漂”的物理原理根據(jù)流體力學的原理，流速越大壓強越小。當密度比水大的物體掠過水面時，帶動它下面的水在非常短的時間內(nèi)快速流動，從而壓強減小，而更下面的水是靜止不動的，產(chǎn)生的壓強大，如此就對物體產(chǎn)生一個壓力，當壓力大于物體的重力時，物體就會彈起，這樣的情況重復多次，物體就會出現(xiàn)在水面上跳躍的情況。當壓力小于重力時，物體就沉入水中。此外，當物體旋轉(zhuǎn)時，能更加帶動水的流動，跳躍的次數(shù)會更多。打水漂時，需要瓷磚高速旋轉(zhuǎn)，在與水面接觸時，水面的彈性給了它向上的沖擊力，而且瓷磚旋轉(zhuǎn)越快，打的水漂飛得越高，如果扔瓷磚時向外的速度較快，打的水漂就越多。二、“打水漂”的選材、最佳姿勢和角度首先選材料很重要的，要找那樣比較扁的，最好用瓦片，身體向后傾斜，手臂與身體大約呈45°。半蹲，瞄準后用臂膀力量發(fā)射出去。用拇指和中指捏住，食指在后，扔出去的時候用食指拔下，讓其旋轉(zhuǎn)著扔出，角度應為20度。Fig.1.SchematicviewofthecoHisiondlprocessofaflatstoneencounteringawatersurface.ThestonehasavelocityIwithanincidenceangle&whileWisiheliltangleoflhestone.Iht?immersedareaS,r.representstlieart?aofth?stoneincimtactwithlh^watersurface,Ihedepthoftheini-merseded^eisr.（圖一）三、歷史實驗得出結(jié)論1、 在拋擲石頭時，其初速必須超過某個臨界值(2.5m/s)時才會發(fā)生彈跳。2、 彈跳次數(shù)多寡取決于石頭入射水面時的速度，此速度則取決于石塊拋擲的初速。3、 彈跳次數(shù)亦取決于石頭面的觸水角度。石頭面若能保持20度左右的“夢幻角度”撞擊水面即可以得到最佳的打水漂效果，不僅能以最小的速率(2.5m/s)打出水漂，還可以使石頭與水面碰觸的時間降到最低，這代表因碰撞消耗的能量較小，因此有更多的能量保留做后續(xù)的彈跳。但實際上，彈跳次數(shù)受角度不穩(wěn)定因素限制，角度不穩(wěn)定因素與運動速度無關(guān)，因此彈跳次數(shù)取決于與繼續(xù)飛行至關(guān)重要的第一次彈跳。4、 旋轉(zhuǎn)的石塊能使飛行穩(wěn)定，并且使其更容易受水面反彈、提高彈跳幾率。5、 石頭的質(zhì)量愈大，愈不利于彈跳。6、 一般情況下，每一跳的距離大概在前一跳的80%，然而由于水面的不均勻，有些時候，也會出現(xiàn)后一跳距離長于前一跳的情況。

dSkipping2^1ona』0102030405060dSkipping2^1ona』01020304050600102030<105060 0 15 30 45 60Angie(de$re$$^（圖三）四、“打水漂”的動量守恒定律我們可以這樣解釋動量守恒定律在“打水漂”里發(fā)揮的作用，當石塊與水面相接觸時，石塊將一部分水向下推開，石塊與這部分水作為一個近似封閉的系統(tǒng),遵循動量守恒，于是，石塊向上彈起。由此產(chǎn)生的彈力可以近似的用流體壓強乘以石塊與水面接觸面積來計算。我們假設(shè)這個彈力剛好等于石塊的重力，由此我們可以簡單推導出“打水漂”所需的最小速度。附：最新世界紀錄：43歲的拉塞爾?貝爾斯打破了世界打水漂紀錄，他扔出的鵝卵石在賓夕法尼亞州的湖上前行了76米，跳躍51下。參考文獻：〈Americanjournalofphysics〉v.71,Feb.2003:151p.<NatureNatureNatureNature>v.427,Jan.1,2004:29p.圖一轉(zhuǎn)自：〈Americanjournalofphysics〉v.71,Feb.2003:151p.圖二轉(zhuǎn)自：〈Ameri