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??今天是大年初一，首先给大家拜年了！祝大家新年快乐，牛年大吉，物理牛牛嘀.......同时和昨天一样，再自编春联一幅送给大家恭贺新春。

??上联：水牛狗牛孺子牛拓荒老牛牛牛皆拗

??下联：重力弹力摩擦力万有引力力力为理

??横批：牛人有理

??春节长假，和家人一起出去游玩，来到一片湖边，心旷神怡之际捡起一片薄石，一个潇洒甩手，石子紧贴水面反复弹跳，激起一连串的波纹......因为这个简单的游戏而成为孩子们的焦点，这时，爱思考孩子总会问：“why?”

一、打水漂

??“打水漂”游戏别名轻功水上漂、七点漂、漂瓦，是用扁型瓦片或石片，在手上呈水平放置后，用力飞出，石片擦水面飞行，石片碰水面后再弹起再飞，石片不断在水面上向前弹跳，直至沉水。这游戏的规则：一是比漂飞出去的距离，二是比点击水面的次数。据《吉尼斯世界纪录》显示，打水漂的弹跳次数世界纪录是91次弹跳，这个纪录是年由日本人冈坂有矢创下的。打水漂的距离最远世界纪录是米，这个记录是年由英国人道吉·艾萨克斯创下的。

???英国诗人威廉·布雷克在诗歌《天真的预言》中，写到：“从一粒细沙中窥探世界，在一朵野花里寻觅天堂”。的确，真正的发现来源于生活和自然，身边的事物往往蕴藏着无穷的奥妙。那么看似简单的打水漂又蕴含着怎样的物理原理呢？怎样才能把水漂打得既多又远呢？

二、打水漂原理

???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。当然打水漂可不仅仅是这么简单的物理，要精细研究可得发表好几篇论文了。

???法国克里斯托夫.克拉内博士，和他的同事使用高速视频照相机等设备，不断试验。最后得出结论：其他条件相同的情况下，石头首次接触水与水面成20度角时，水漂效果最为完美。

??马赛大学失去平衡现象研究所的克里斯托弗·克兰尼特和他的两位同事制作了一个“打水漂机”，实际上就是个机械化弹弓，用来发射不同大小的铝制飞碟。科学家向一水池发射飞碟，同时用高速摄像机将飞碟在水面弹跳的过程拍下来——飞碟接触水面的时间通常不到百分之一秒。

???在试验中，研究人员改变了飞碟的直径、厚度、速度以及入水角度和旋转等因素，经过反复尝试，他们终于发现了打水漂的奥秘：关键在于角度。如果石块入水的角度大于45度，它根本弹不起来，会直接沉入水中；当石块与水面的夹角为20度时，它在水面上弹跳的次数最多，“这就是打水漂的黄金角度”，克兰尼特补充说，旋转的石块要比不旋转的弹跳次数更多，因为旋转可以使石块更稳定，并减少消耗的动能。水漂的数量还与石块的速度成正比，直径5厘米的铝片以20度夹角接触水面时，速度必须达到每秒2.5米以上，否则就会落水。而扁平、圆形的石块则是打水漂最理想的材料。

“打水漂”过程中的流动特征与物体形状、姿态、入水角度、初速度乃至旋转、表面特性等多种因素相关。

完美的水漂石头

三、打水漂有研究价值吗？

???在二战时期，早在柏奎之前，英国的著名工程师和发明家巴恩斯?沃利斯（Barnes?NevilleWallis，-）就对打水漂进行了认真的研究。不过，他的目的不是纯粹为了打水漂玩，而是为了赢得对德国法西斯战争的胜利，为此发明了跳弹。

???年欧洲战争爆发后，沃利斯就计划提供一种武器，以摧毁德国法西斯得以维持战争的资源。英国人选中了德国的鲁尔谷地，这里居住着大量的人口，也是德国最重要的粮食谷物出产地。可以说是德国支持战争供给的大后方。在鲁尔谷地，有三座著名的大坝，他们不仅为德国提供电力，还提供富饶的农产区。这三座水坝当然成为英国人最好的攻击目标。但是，德国人也早已防范，布置了密布的鱼雷网，以防止对方空投鱼雷到大坝后的水中进行攻击。

???沃利斯发明的跳弹就是利用打水漂的原理，使飞机投下的炸弹不入水，而是经过在水面上几跳以后直接到坝体上爆炸。他于年在水池中进行试验。为了能够把水坝炸坏，炸弹要有一定的份量，具体说需要十吨以上的重量。当时一般轰炸机还不能载动这样大型的炸弹，于是就要设计和制造加大的轰炸机（后来实际投下的炸弹是4.2吨）。这还不算，投弹是一个十分精细的活，经过仔细计算，要求飞机以某一特定速度，在某一特定高度，在与水坝某一特定距离，以特定的转速投下一颗炸弹。具体地说，需要在距离大坝大约米处、飞行高度为18米，同时速度达到千米每小时，在这样的条件下投下每分钟转的炸弹。炸弹就可以在水库水面上“咚咚”地跳上六、七跳，跳过防雷网。

???年5月16日晚，英国空军中队执行的代号为“惩戒”的秘密行动中，用这种种“跳弹”空袭纳粹德国鲁尔谷地上的三座大坝。结果英国成功地把上述三座坝中的一座炸毁。空袭后，因垮坝产生的洪流冲毁了25座桥梁，致使鲁尔区两座发电站瘫痪，其余的严重受损，个军工厂损失惨重，的确给德国打击不小。

???说起弹道导弹就不得不提沃纳·冯·布劳恩，他在二战时期为德国制造了V-2导弹用来攻打英国，速度可达4.8马赫，由于速度较快，因此英国军队来不及拦截。希特勒倒台之后，冯·布劳恩到了美国NASA工作，设计了著名的土星5号运载火箭，因此布劳恩被NASA称为世界上最伟大的火箭工程师。

???那么弹道导弹的轨道具体是如何的呢？与冯·布劳恩同时期的另一个德国人桑格尔提出了桑格尔弹道。桑格尔弹道其实就是利用了打水漂原理，从起点发射一枚穿越出大气层的导弹，由于重力作用这枚弹道会落回大气层，当达到大气层界面时就出现了打水漂的现象，导弹会被再次弹出大气层，经过详细设计之后，最后弹道落回地面，达到攻击点。这种弹道我们称为助推-跳跃弹道。

???与桑格尔弹道对应的就是钱学森弹道。二战结束后，钱学森跟德国物理学家就导弹方面进行了详细的交流，钱学森发现了桑格尔导弹的不足——导弹在大气层上的跳跃并不可控而且不好预测。因此，钱学森在该方案上提出，当导弹第一次进入大气层之后不再弹出而是在大气层中滑行，达到攻击点。这种弹道我们称为助推-滑翔弹道。

向钱爷爷致敬

???打水漂在航天上也有广泛的应用。比如嫦娥五号的航天器在返航时利用的就是桑格尔弹道。当航天飞机从太空返回地球时，进入大气层的过程与打水漂有几分类似，也是一个“弹跳”的过程。若航天器与大气的接触角度太小，航天器就会像水漂一样被弹回太空。科学家们根据打水漂实验的结论，能更准确的模仿航天飞机的回收，据此更精确的设定航天器进入大气层的角度和速度，从而提高了回收的成功率。

???看似简单的现象，背后其实蕴含了复杂的原理。下次比拼打水漂时，就算"打"不过，也可以科学地"说"过对方了！

???

???????平中物创工作室???井老师