抱着球跳水,球为什么被弹射到几十米高,你知道是什么原理吗?
个胖子抱着皮球跳进水里,这个球瞬间就被弹到几十米高度,皮球就像被弹弓弹了出去,而皮球周围只有水,那么水又是如何形成一个弹弓的呢?
当金属球以一定速度掉进水里时,身后会形成一个狭长的锥形空气曲,当这个空腔重新闭合后,就会把一部分空气封闭起来,形成一个附着在金属球上的流线型空炮。此时的金属球就像在空气中一样,以接近一个G的加速度下落,原因是流线型的空炮能推迟水流分离,只有运动到尾部尖端时才出现微弱的分离。头部的高压区和分离喔的低压区之间的压差显著减小,同时水贴着空气流动,摩擦力也很低,因此空泡受到的压差阻力和摩擦阻力很小,只相当于无空泡金属球阻力的1/10。
可见,想让物体在水中以极低的阻力运动,添加一个恐怕外壳必不可少。但是想让物体乙的阻力快速弹出水面,还需要制造高速的向上水流来推动物体。要制造这样的水流非常简单,只需要让物体掉进水里。如果物体出水时动量足够大,就会让装机点周围的水受到侧向压力而快速远离,此时水的惯性力和表面张力效应之比,也就是微波数会远大于一,表示水的运动受惯性力主导。因此,水在分开时深度越大,水压就越大,减速就越快,于是形成了口大底小的锥形通气区,当这个锥形空炮扩大到极限,就会像中轴线收缩,而空炮底部比顶部运动距离更短,但底部比顶部受到的水压更大,所以空炮底部的水会最先汇合,从底部向顶部依次闭合,而水流在中心闭合时互相撞击形成高压,将中轴线出的水像空炮里挤压,出现了向上的射流。
随着空炮闭合,射流就会不断叠加增强,并跟着空炮向上运动,最后喷出水面,叫做沃辛顿射流。可见锥形通气区在和下面的射流同步上行。如果空泡底部有个较轻的物体,一半在空气里,一半在水里,那么物体就会受到水的浮力和射流较大的推力以及较小的空气阻力,从而获得足够的加速度,几乎和空炮保持同步上行,在通气区封闭时弹出水面。因此这就像一个水做的弹弓,弹想让这个水弹弓发挥最大威力,就要让通气区的容积尽量大,以便形成足够强的射流,而通气区的大小又和物体的表面积体积比负相关。在一定质量和速度下,球体由于表面积体积比最小,能制造出容积最大的通气区,因此射流最强。而同等质量和速度的长方体,虽然表面积体积比有所减小,通气区不如球体大,但可以靠较大的出水面积来增加空炮宽度,提高水面闭合时的撞击动能,也能形成较强的射流。
根据这一原理,一个横截面为椭圆形的重型胖子,以平躺姿势跳进水里时,就能制造出宽度和深度都足够大的空泡,并且在空炮闭合中形成足够强劲的射流。而胖子要做的只是在空泡底部适时的释放皮球,它就能被这个强力水弹弓瞬间加速。所以皮球飞行的高度实际上是反映了胖子入水时的姿态和动能。
因为球它里面是装着空气的,再受到一定的弹跳压力的情况下会蹦得非常的高,就跟我们打篮球是一样的道理。
因为球的重量比较重,而且水的浮力是比较大的,球本来就具有弹性,所以两种力量就会让球弹起来。
其实这就是一种动能转化为势能的原理,这是关于物理的知识,算是一种能量转换。
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