Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики раскрыли, как сделать огромные брызги при прыжках в воду
Особый угол входа в воду и точное время раскрытия тела под водой нужны прыгунам, чтобы создавать максимально большие и высокие всплески. Эти маневры позволили лучше всего сформироваться и «схлопнуться» воздушной полости, которая и выталкивает воду вверх.
Прыжки в воду — популярное развлечение и вид спорта. В то время как олимпийские прыгуны стремятся к минимальным брызгам, другая дисциплина, известная как ману-джампинг, преследует противоположную цель: создать как можно больший всплеск. Родом из Новой Зеландии, от народа маори, ману-джампинг — это не только игра, но и часть культуры и соревновательный вид спорта, где побеждает тот, чей всплеск выше и шире. Действующий рекорд — всплеск высотой более 10 метров.
Несмотря на кажущуюся простоту, создание идеального «ману» — наука. Всплеск, который видят зрители, называется всплеском Уортингтона. Он возникает после того, как тело прыгуна пробивает поверхность воды и создает воздушную полость. Именно коллапс этой полости выталкивает мощную струю воды вверх. Мастерство прыгуна заключается в том, чтобы максимально усилить этот эффект.
Понимание физики входа тел в воду имеет значение не только для спорта, но и для морской инженерии, биомеханики и робототехники. Например, это помогает проектировать более эффективные корабли или подводных роботов. До сих пор большинство исследований было сосредоточено на минимизации брызг, а не на их увеличении.
Группа гидродинамиков решила исследовать физику ману-джампинга. Результаты их работы опубликованы в журнале Interface Focus.
Ученые проанализировали 75 видеороликов с прыжками ману на ютьюбе, чтобы понять технику спортсменов. Они заметили, что прыгуны входили в воду ягодицами вперед, согнувшись в V-образную позу.
Сразу после погружения они резко разгибали тело, как бы откатываясь назад и отталкиваясь ногами. Это движение расширяло воздушную полость под водой. Затем полость «схлопывалась» — отсоединялась от тела и коллапсировала, выталкивая струю воды вверх. Все это происходило за доли секунды.
Исследователи измерили, что медианный V-образный угол входа прыгунов в воду составляет около 46 градусов. Чтобы проверить значение этого угла, в лаборатории создали напечатанные на 3D-принтере V-образные снаряды с разными углами и сбрасывали их в аквариум. Оказалось, что угол в 45 градусов действительно производил самые быстрые и высокие всплески. Углы больше 45 градусов повышали риск травмы от удара спиной о воду. Любопытно, что прыгуны интуитивно и путем проб и ошибок приблизились к оптимальному углу.
Далее ученые построили робота «Манубота», который имитировал движения человеческого тела при прыжке ману, включая переход из V-образной формы в прямую под водой. Это позволило изучить оптимальное время для разгибания тела. Например, для человека ростом примерно 170 сантиметров, прыгающего с метровой высоты, раскрытие тела в промежутке от 0,26 до 0,3 секунды после касания воды приводило к самым большим брызгам.
Слишком раннее или слишком позднее раскрытие уменьшало размер всплеска. Оптимальное время раскрытия тела синхронизировало передачу потенциальной энергии робота на формирование полости, производя самые сильные и вертикальные всплески Уортингтона.
В результате анализа выяснилось, что угол в 45 градусов при входе в воду уравновешивал большой размер создаваемой полости и достаточную глубину ее «отрыва» от тела. Раскрытие тела в определенное временное окно (для безразмерного времени раскрытия от 1,1 до 1,5) синхронизировало потенциальную энергию робота так, что она максимально эффективно передавалась на формирование полости, создавая идеальный вертикальный всплеск.
Конечно, человеческое тело гораздо сложнее любой модели. Такие факторы, как распределение веса, гибкость и анатомические особенности, вносят нюансы, которые пока не могут учесть 3D-снаряды и «Манубот». Тем не менее исследование показало, что создание идеального всплеска ману — не удача, а результат точно рассчитанной последовательности движений в воздухе и под водой. Это сочетание интуиции и физики.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
На Меркурии может появиться первый в истории «вечный рассвет»: ученые предложили отправить туда планетоход, который будет постоянно ехать вдоль границы дня и ночи. Подход открывает путь к изучению одного из самых загадочных миров Солнечной системы без риска разрушительного перегрева.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии