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跳水运动中是如何压水花的?

2024-08-01科学

关于「水花消失术」,中国科学院物理研究所早在东京奥运会时就写过一篇科普,另外中国科学院力学研究所陈光南研究员也做了一个科普报告,笔者在此总结一下。

成功压水花的关键主要有三点:

1.垂直入水。跳水运动员在入水时让身体与水面的接触面积尽可能地小,把能量尽可能地带入水下,在水下进行消耗。

入水姿势(图源参考文献)

2.翻掌推水。入水的手型不是楔形(尖状),而是手指相扣的佛手型,尖状手型可以减少入水的阻力,但是并没有压水花的作用。人体入水时,被挤压的水要往别处去,而水可以认为是不可压缩的,水往阻力最小的方向跑就会形成第一波水花。而掌面入水时,水受挤压向四周扩散,向上的水花就不明显了。其实入水的手势是经历了一系列的发展优化的,曾经还用过类似如来神掌的手势,不过难以在入水时保持姿势的稳定。同时手掌的姿势并不是不变的,会做一个称之为「揉水」的动作,不同揉水动作使得不同人压水花的效果不同。

揉水示意图(图源网络)

3.拐弯揉水。揉水,就是在运动员入水后,会做一个把水推开的动作,这个动作是成功压水花的关键。当人体跳入水中时,高速的运动会带入一部分空气,形成水泡,由于空气密度比水低,任由其发展就会形成大的第二波水花。另外,人体高速下落带动下坠的这部分水快速流动,根据伯努利原理,速度快的地方压强小,两边的水速度慢压强大,就会使得两边的水向内挤向中间的水,而空气的阻力小,因此再次向上形成水花,同时产生振动,发出水浪的声音。通过拐弯揉水这个动作,降低人体向下的冲击,减缓中间水的流速,同时手掌拨水的动作把带入的大水泡切碎,也减少了两侧与中间水的压差,让能量重新分配,使得入水后只形成不高的水浪和大量的小气泡而不形成大的单个水花。

参考文献: