“水上漂”在动物界并不稀奇
“水上漂”经常出现在武侠小说当中,比如说:金庸武侠小说《射雕英雄传》中有个反派叫做裘千仞,是一个绝顶高手,他的绝技就是“铁掌水上飘”。
很多人以为“水上漂”只出现在武侠小说当中。但实际上,并非如此。在自然界,具有“水上漂”技能的动物不在少数。比如:壁虎、双冠蜥。
其中,就有生物学家对于壁虎的“水上漂”技能很感兴趣,并且对其进行深入的研究,并把结果发表在了《Current Biology》上。
他们发现,壁虎之所以可以做到“水上漂”,主要有3个原因:
高水踩踏创造空腔,同时形成一种向上的力。善于利用水的表面张力尾巴摇动进行助力
除了壁虎,自然界当中还存在着许许多多善于“水上漂”的动物,比如:水黾。
不过,水黾“水上漂”的原理和壁虎并不一样,说到底,其实水黾要实现“水上漂”要比壁虎简单的多,这是因为水黾的重量小。所以,水黾仅仅利用了水的表面张力就实现了“水上漂”。
那问题来了,你可能要问:什么是水的表面张力?
简单来说,我们可以从微观的角度来理解,每个水分子之间都和周围的水分子会有相互吸引的作用,正是因为如此,水才可以聚集起来形成液体。
但是水面上的水分子的“周围”并不完整,正是因为,水表面的水分子和空气中的分子的吸引力很弱,而和水下的水分子吸引力很强。
因此,水和空气的界面上就形成指向内部的合力,也就是表面张力。表面张力总是倾向于收缩液体,或者说减少液体的表面积。当水黾踩在水面上时,水表面会向下凹,水的表面积就会增大,这正好和水的表面张力的作用是相反的,因此,水的表面张力就会支撑着水黾。
那人有没有可能实现“水上漂”?
从上面的例子,我们不难发现,当体重较大时,仅仅利用水的表面张力是不够的。当然,这里说到的是我们日常生活的水。如果你对水进行一些处理,加点玉米淀粉之类的东西,这样就可以在“水上漂”了。
还有,我们熟悉的死海,其实也可以在上面“漂”,但是要“水上漂”还是不太做得到,这是因为,虽然死海的海水密度很大,但还是不足以支撑仅仅用脚踩上去所产生的压强。
不过,比较有意思的是2013年的搞笑诺贝尔物理学奖,科学家用各种方法去验证如何才能实现“水上漂”。
2013年搞笑诺贝尔物理学奖
意大利的科学家Alberto Minetti、Yuri Ivanenko等人为了验证:一个人踢腿的速度有多快才能做到“水上漂”?做了一个深入的相关研究。
当然,这个实验的灵感来自于上文说到的壁虎,上文提到了壁虎之所以可以“水上漂”很大的原因是蹬腿速度足够快。
科学家研究了双冠蜥在水上的奔跑,发现它们之所以可以实现“水上漂”和自身体重有关(差不多平均只有90克),以及强大的肢肌肉保证了双冠蜥可以快速蹬腿,当然还有超大面积的脚掌。
基于这个认知,科学家开始进行比较深入的探究,很多科学家考虑过许多种情况,我们这里就提三种:
1,提高蹬腿速度
2,增大脚掌面积
3,降低重力加速度
提高蹬腿速度在第一种情况中,科学家发现,如果要像双冠蜥那样实现“水上漂”,那双腿蹬水的速度至少要保持在30m/s,同时腿部的肌肉要增强到原来的15倍以上。
增大脚掌面积接近着,还有人思考另外的方式,那就是增大脚掌的面积。科学家通过计算得出,脚掌面积至少要达到一平方米,而双腿蹬水的速度至少要在10m/s,才可以实现“水上漂”。当然,这里其实已经忽略了如果带上一对一平米的“脚掌”还能不能蹬水的问题。
降低重力加速度科学家通过模拟实验就发现,在重力加速度只有地球重力加速度的10%的时候,带上一般性的“脚蹼”就不会沉下去,也就是说,可以“水上漂”。
我们知道,月球的重力加速器是地球的1/6,也就是说,在月球上,如果一个坑,里面水,你带着一般的“脚蹼”就可以在上面“水上漂”了。
所以,说到底,约束人类没办法水上漂的其实是重力,脚掌的面积,腿部的肌肉,水的表面张力。如果能克服这当中的某些因素,就够能实现“水上漂”。