武侠世界里,绝世高手的哪项绝技最令人神往?
轻功绝对占据一席之地。
轻轻跃起,足下生风,如凌虚飘行,瞬间来到人跟前,着实令人惊叹。
具体到金庸的武侠江湖,以轻功闻名于世的武林高手着实不少:擅长凌波微步的段誉、“草上飞”的青翼蝠王韦一笑、人称“铁掌水上漂”的裘千仞……
说起来,凌波微步和“草上飞”尚能理解,从字面上理解就是跑得快嘛。
“水上漂”是个什么操作?现实生活中,人类真能在水面上跑步吗?
1
先不提人类,大自然中还真有生物能在水面上行走。
一种生物是我们在水边常见的水黾。
它能在水面溜达,靠的是表面张力。
什么是表面张力?
水是由水分子构成的,水分子之间的吸引力(内聚力)如果很强,就倾向于将表面积缩到最小,以获得最稳定的结构。
就像人一样,感到寒冷就聚在一起,要分开就得用适当的力拨开。
水分子也是一样,聚在一起不容易分开,任何会将表面积加大的行为都必须对液面施力,而液体会对施力者给予反作用力。这个反作用力,就是表面张力。
水的表面张力有多大?
水在20摄氏度时表面张力系数是72.8毫牛顿/米。
水黾对水面施加一个向下的力,受到水面的反作用力向上,当二者达到平衡,水黾就漂在水面上。
如果力量太大,超过表面张力的最大值,表面水膜破裂,物体将穿过水往下掉。
因此,想要漂在水面上,物体所受重力或者人所受重力必须小于或等于表面张力的最大值。
如果使用仿生科技,模仿水黾在水上行走,能实现吗?
下图就是模仿水黾的仿生装置。
表面张力同物体与水面接触的边缘的周长有关,所以仿生装置要有很多只脚,增加与水接触的周长。
这些脚在水面上,和水的表面张力达成平衡,形成水膜,可以看到有趣的弯曲现象。
2
如果不利用表面张力,还有别的办法在水面行走呢?
我们先研究水这种物质。
物质存在三种形态,固态、气态和液态。
用微观的眼光看,物体的原子和分子排列组合方式不同,才导致物体有不同的形态。
固体的原子分子排列有次序,有固定的形状和位置。
液体的原子分子位置不固定,但它们之间的距离总是保持在一定的范围内,没那么容易压缩。
气体的原子分子位置不固定,它们之间的距离也不固定,流动性更大,容易被压缩。
水是一种液体。
在常温下,每增加一个大气压力,水的体积只缩小1/20000。
因此,水并非不能压缩,只是压缩性非常小。
战争片里经常看到,为了对付潜水艇会使用深水炸弹。因为水不容易压缩,炸弹爆炸时,水的震波可以直接传到潜水艇,造成巨大破坏。
自然界中,有一种生物就利用水的低压缩性,在水面上行走。
神蜥,又名基督蜥蜴,它通过拍打水面实现“水上漂”。
神蜥拍打水面,因水不易压缩,来不及流开,对水面的拍击就像手拍在铁板上,受到一个非常大的反作用力,从而帮助神蜥在水面行走。
当然, 这必须是一瞬间的事情,如果后肢继续往下压,水流开就沉下去了。把这一瞬间的力利用好,就能在水面上行走。
3
如果人类采用这些策略,能不能实现“水上漂”?
好的, 我们先使用表面张力。
假设你的体重是70kg。
表面张力同物体与水面接触的边缘的周长有关。因此,你得有一只足够大的脚,才能产生足够大的表面张力。
你的脚得多大?
脚的周长起码要10公里,才可以站在水面上。
谢大脚肯定不行,“山大脚”,拥有山一样大的脚才行。
长不了这么大的脚,我们试试拍打水面。
一般来说,人类跑步的最大速度就是奥运会金牌选手的速度,大约是10米/秒。即便达到这个速度,仍然需要足够大的面积拍打水面,受到反作用力。
日本电影里,忍者们借助“水蜘蛛”实现水上漂。
假设“水蜘蛛的面积是1平方米。你穿着这样的“水蜘蛛,跑步速度和金牌选手一样快,就有可能在水面上奔跑。
可是,穿这种鞋跑步也太强人所难了。就穿普通的鞋子,能“水上漂”吗?
也不是不行,但你跑步的速度必须达到30米/秒,即108千米/小时,大概相当于高速公路上小汽车的速度。
如果想“水上漂”,又不想用奇怪的道具,你跑步的速度必须比高速公路上的汽车还快。
想了解更多趣味物理知识?
你一定不能错过『超级英雄的物理学——从动漫画及科幻电影学物理』这门课!
本课程从动漫画及科幻电影内容中好玩的议题出发,以物理的角度来解析故事中的科学问题,带领大家一起思考,体会其中令人深思或莞尔的部分,了解物理的趣味及美妙。
点击下方小程序卡片,马上开始学习吧!
长按识别二维码
关注学堂在线
本文首发于微信公众号:学堂在线。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。
【免责声明】本文仅代表作者本人观点,与和讯网无关。和讯网站对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。
最新评论