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伦敦大学学院 | 研究人员推导出一个方程来描述石头如何掠过水面
指南者留学 2023-01-14 19:08:25
阅读量:1363

这个数学模型发表在《英国皇家学会学报A》上,它综合考虑了石头可能的形状和重量、投掷的不同速度和方向,以及石头撞击时水的动量和压力。 它能预测一块石头能脱离水面多长时间、多远、多高。

 

来自伦敦大学学院和布里斯托尔大学的研究小组发现,更平坦的石头更擅长飞得更远,但更大“更胖”的石头会引起水面的“超弹性”反应,弹得更高。

 

布里斯托尔大学的首席作者瑞恩·帕尔默博士说:“我们的研究表明,撇鱼的质量和形状决定了它是成功地跳出水面还是沉入水中。” 它还揭示了这两个特征之间的关系,更弯曲的底部使更重的物体能够掠过,否则如果它们更平,就会下沉。 ”

 

这些发现有多种用途,包括为在水体上降落的飞机建造起落架的工程师,他们需要能够准确预测他们的设计在着陆时的表现。

 

研究报告的合著者、伦敦大学学院数学系的弗兰克·史密斯教授说:“严格来说,并没有什么最优体型:这取决于你追求的是什么,此外还有很多因素,比如体重、倾斜度、投掷速度、对风和水的反应等等。” 然而,有曲线的身体通常表现更好,体重也很重要。 传统上,在跳石比赛中,更喜欢扁圆的,但更重的曲线型也可以做得很好。 ”

 

研究小组发现,被投掷的石头的质量和它底部碰到水的弧度之间存在着重要的关系,这影响了它反弹到空中的高度和距离。

 

当石头第一次落到水面上时,水压就会随着石头进入水面而增加。 如果压力足够大,角度合适,石头就会跳出来,如果压力不够大,石头就会沉到水面以下。

 

随着抛起的物体越来越大、越来越重,它需要一个弯曲的底部来积聚足够的压力离开水面。 然而,即使是底面足够圆的大石头,在以适当的速度和角度投掷时,也会引起明显的反弹。

 

其他潜在的应用包括确保飞机在飞越云层时可以脱落冰粒,以防止在其外部积聚,该模型可以帮助预测。

 

史密斯教授补充说:“这项研究对空中、陆地和海上交通工具都很重要。 例如,在云层上,大量的冰粒撞击飞机表面的融水,然后向下游掠过。 撇脂传递热量。 这和所有伴随的冰的形成以一种危险的,有时是灾难性的方式影响空气动力学。

 

“对跳石的甜蜜应用只是严肃事物的副产品。 贯穿始终的物理原理基本相同。 当然,还有自然的好奇心、乐趣和知名度。 ”

 

这项研究是由工程和物理科学研究委员会和英国航空tex公司资助的。

 

注:本文由院校官方新闻直译,仅供参考,不代表指南者留学态度观点。

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