武俠世界裡,絕世高手的哪項絕技最令人神往?
輕功絕對佔據一席之地。
輕輕躍起,足下生風,如凌虛飄行,瞬間來到人跟前,著實令人驚嘆。
具體到金庸的武俠江湖,以輕功聞名於世的武林高手著實不少:擅長凌波微步的段譽、「草上飛」的青翼蝠王韋一笑、人稱「鐵掌水上漂」的裘千仞……
說起來,凌波微步和「草上飛」尚能理解,從字面上理解就是跑得快嘛。
「水上漂」是個什麼操作?現實生活中,人類真能在水面上跑步嗎?
1
先不提人類,大自然中還真有生物能在水面上行走。
一種生物是我們在水邊常見的水黽。
它能在水面溜達,靠的是表面張力。
什麼是表面張力?
水是由水分子構成的,水分子之間的吸引力(內聚力)如果很強,就傾向於將表面積縮到最小,以獲得最穩定的結構。
就像人一樣,感到寒冷就聚在一起,要分開就得用適當的力撥開。
水分子也是一樣,聚在一起不容易分開,任何會將表面積加大的行為都必須對液面施力,而液體會對施力者給予反作用力。這個反作用力,就是表面張力。
水的表面張力有多大?
水在20攝氏度時表面張力係數是72.8毫牛頓/米。
水黽對水面施加一個向下的力,受到水面的反作用力向上,當二者達到平衡,水黽就漂在水面上。
如果力量太大,超過表面張力的最大值,表面水膜破裂,物體將穿過水往下掉。
因此,想要漂在水面上,物體所受重力或者人所受重力必須小於或等於表面張力的最大值。
如果使用仿生科技,模仿水黽在水上行走,能實現嗎?
下圖就是模仿水黽的仿生裝置。
表面張力同物體與水面接觸的邊緣的周長有關,所以仿生裝置要有很多隻腳,增加與水接觸的周長。
這些腳在水面上,和水的表面張力達成平衡,形成水膜,可以看到有趣的彎曲現象。
2
如果不利用表面張力,還有別的辦法在水面行走呢?
我們先研究水這種物質。
物質存在三種形態,固態、氣態和液態。
用微觀的眼光看,物體的原子和分子排列組合方式不同,才導致物體有不同的形態。
固體的原子分子排列有次序,有固定的形狀和位置。
液體的原子分子位置不固定,但它們之間的距離總是保持在一定的範圍內,沒那麼容易壓縮。
氣體的原子分子位置不固定,它們之間的距離也不固定,流動性更大,容易被壓縮。
水是一種液體。
在常溫下,每增加一個大氣壓力,水的體積只縮小1/20000。
因此,水並非不能壓縮,只是壓縮性非常小。
戰爭片裡經常看到,為了對付潛水艇會使用深水炸彈。因為水不容易壓縮,炸彈爆炸時,水的震波可以直接傳到潛水艇,造成巨大破壞。
自然界中,有一種生物就利用水的低壓縮性,在水面上行走。
神蜥,又名基督蜥蜴,它通過拍打水面實現「水上漂」。
神蜥拍打水面,因水不易壓縮,來不及流開,對水面的拍擊就像手拍在鐵板上,受到一個非常大的反作用力,從而幫助神蜥在水面行走。
當然, 這必須是一瞬間的事情,如果後肢繼續往下壓,水流開就沉下去了。把這一瞬間的力利用好,就能在水面上行走。
3
如果人類採用這些策略,能不能實現「水上漂」?
好的, 我們先使用表面張力。
假設你的體重是70kg。
表面張力同物體與水面接觸的邊緣的周長有關。因此,你得有一隻足夠大的腳,才能產生足夠大的表面張力。
你的腳得多大?
腳的周長起碼要10公裡,才可以站在水面上。
謝大腳肯定不行,「山大腳」,擁有山一樣大的腳才行。
長不了這麼大的腳,我們試試拍打水面。
一般來說,人類跑步的最大速度就是奧運會金牌選手的速度,大約是10米/秒。即便達到這個速度,仍然需要足夠大的面積拍打水面,受到反作用力。
日本電影裡,忍者們藉助「水蜘蛛」實現水上漂。
假設「水蜘蛛的面積是1平方米。你穿著這樣的「水蜘蛛,跑步速度和金牌選手一樣快,就有可能在水面上奔跑。
可是,穿這種鞋跑步也太強人所難了。就穿普通的鞋子,能「水上漂」嗎?
也不是不行,但你跑步的速度必須達到30米/秒,即108千米/小時,大概相當於高速公路上小汽車的速度。
如果想「水上漂」,又不想用奇怪的道具,你跑步的速度必須比高速公路上的汽車還快。
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(責任編輯: HN666)