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人可以在水面上行走嗎?

人可以在水面上行走嗎?

幾個世紀以來,人類一直幻想著能在水面上行走。在十五世紀,達芬奇畫了一雙浮筒式鞋子;1988年,法國表演者雷米?布里卡(Remy Bricka)穿著一雙浮動滑水板穿過大西洋。

在自然界中,有超過1,200種動物可以在水面上行走,也許從中我們能獲得啟發。諸如昆蟲和蜘蛛等較小的動物,利用水的表面張力以支撐它們的重量,使它們能在水面上行走。

水的表面張力是怎麼回事?

人可以在水面上行走嗎?

在水中,每個水分子周圍都緊挨著其他水分子,此時水分子之間總體是趨於互相排斥。而在水面上的水分子,在其之上沒有其他水分子,水分子的分布較為稀疏,所以它們之間往往更傾向於互相吸引,形成一層薄狀層,就像一層薄薄的橡皮膜。通過把針、硬幣或回形針浮在水面上,就可以很好地看到表面張力在起作用。

然而,水的表面張力太弱,不足以支撐重量較大的動物在水上行走,比如蛇怪蜥蜴,它們是通過腳快速拍打水面而產生浮力來實現在水面上奔跑。當然,對於人類而言,水的表面張力更是微不足道。

人可以在水面上行走嗎?

蛇怪蜥蜴水上漂

儘管如此,根據2006年《流體力學年度綜述》(Annual Review of Fluid Dynamics)雜誌上的一篇論文,人類也可以像蛇怪蜥蜴一樣水上漂,只不過這個速度要達到108公里每小時(30米每秒),這個速度幾乎和獵豹一樣快。人類最快的速度是由博爾特在2009年的百米衝刺中創造的,平均速度為37.8公里/小時,這與水上漂的速度相去甚遠。事實上,完成這個壯舉所需的能量大約是人體能夠消耗能量的15倍。

然而,人體的極限並沒有阻止我們的夢想。在過去的40年中,有關水上運動設備的專利就超過了50個。

因此,儘管我們不能自己走在水面上,但我們可以藉助工具。根據麻省理工學院(MIT)應用數學家約翰?布希(John Bush)的說法,這些設備有兩種方式可以增加浮力,也可以使用一種稱為動升力的力量。

人可以在水面上行走嗎?

黽蝽

大多數獲得專利的設備都是增加浮力,並且是達芬奇描繪的經典漂浮滑水板設計。有些人還加了繩子,以使水上步行者的腿不會分開;或者加了鉸鏈舵用於轉向和穩定。絕大對數的這些水上運動裝置使用了質量輕浮力大的材料,如泡沫聚苯乙烯。

另一方面,使用動力升的裝置需要一個作用於人體的外力。數學家解釋道,這需要一個平行於水面方向來拉動身體的力,固定翼飛機就是使用了這一原理。當摩托艇拉著一個人沿水面滑行時,如果足部的角度合適,流過腳部的水將能有效地施加一個向上的力,把人托舉在水面上,實現赤腳滑水。

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