一個人踢腿的速度有多快才能做到「水上漂」?
很多武俠小說中,武林高手可以以輕功踏湖面而行。在現實生活中目前還沒有人成功過。
不過,如果一腳踩下去的速度足夠快,水來不及變形,相當於剛體。這樣想來,只要踏下去的速度足夠快腳也足夠硬,是可以水上飛奔的。
那麼,這個踢腿的速度是多少?比現在人踢腿的極限速度高多少倍?
首先,很高興地告訴題主,這是一個確實有人試圖研究的問題。義大利的科學家 Alberto Minetti、Yuri Ivanenko、Germana Cappellini、Nadia Dominici 和 Francesco Lacquaniti 試圖通過實驗來驗證這個充滿腦洞的設想。他們的研究結果發表在plos one上面:10.1371/journal.pone.0037300,並被授予2013年搞笑諾貝爾物理學獎。
「水上漂」的絕技不只存在於在武俠小說中,大自然中也有擅長於此的生物。其中雙冠蜥尤其精於此道。
A:一隻在水上奔跑的雙冠蜥(Basilicus plumifrons)。B:實驗者試圖學習雙冠蜥的「絕技」。C:實驗者使用的增大腳掌面積的蹼。圖片來源於文獻。
A:一隻在水上奔跑的雙冠蜥(Basilicus plumifrons)。B:實驗者試圖學習雙冠蜥的「絕技」。C:實驗者使用的增大腳掌面積的蹼。圖片來源於文獻。
雙冠蜥為何能在水上奔跑而不沉下去呢,這得益於它們相對較輕的體重(約90 g),強勁的後肢肌肉能保證它們快速蹬水(每秒8次),以及較大的腳掌面積。
那麼人是否可以同樣做到呢?
根據前人的研究成果[Glasheen JW, McMahon TA (1996) A hydrodynamic model of locomotion in
Basilisk Lizards (Basiliscus Basiliscus). Nature 380: 340–341],對於一個普通重量的人來說,如果試圖在水面上使用雙冠蜥的方式奔跑,大約需要雙腿以30 m/s的速度蹬水,這需要人類肌肉力量增長為現在的15倍才有可能。
然而科學家的腦洞不止於此。既然常人力量上難以達到要求,那我們還有別的手段,例如,增大腳掌的表面積。
這裡就有另一個研究成果[Bush JWM, Hu DL (2006) Walking on water: biolocomotion at the interface.
Ann Rev Fluid Mech 38: 339–369]。他們計算的結果表明,即使人穿上面積1平方米的「蹼」,也仍然需要10 m/s的速度蹬水才能在水上奔跑。
看到這裡你是否有點失望呢?然而那群腦洞大開的研究者如果止步於此,那也沒法拿到搞笑諾貝爾獎。他們為了實現人類水上漂的夢想,提出了一種方法,那就是——減小重力。。。。。。於是,就有了上圖中間的那一幅畫面。
他們的理論模型表明,對於一個66 kg的人來說,在的前提下,以正常的速度(2.504 m/s,~1.7 Hz)蹬水,就能保持不沉沒。模型還告訴我們,在月球表面的重力加速度環境(0.16 G)下,如果你以這個速度蹬水,要想不沉下去,你的體重不能超過73 kg。。。 。。。所以,為了能在月球上玩水(咦)上漂,趕緊減肥吧233。
然後就是通過實驗驗證啦。
研究者們讓志願者穿上用於增大腳掌面積的蹼(大小參考蜥蜴的腳掌,根據人的體重取相對值),並被懸掛於一個架子上。架子可以給人提供一定的拉力,但是這個拉力是小於人的重力的,差值在人自身重力的10%-25%。為了使自己穩定,你需要蹬水,以補足這個差值。這就模擬了一種低重力加速度的環境。
實驗結果:橫軸表示模擬的重力加速度,箭頭所指的位置代表月球表面重力加速度。左縱軸代表理論上水能提供的額外的垂直方向的推力(除去人的重力),右縱軸代表能保持不沉的實驗者數目(實驗人數6)。
實驗結果:橫軸表示模擬的重力加速度,箭頭所指的位置代表月球表面重力加速度。左縱軸代表理論上水能提供的額外的垂直方向的推力(除去人的重力),右縱軸代表能保持不沉的實驗者數目(實驗人數6)。
我們可以看到,即使在月球表面這樣的低重力加速度環境下,也並不是所有人都能成功地在水上奔跑。所以,如果真的有那麼一天,我們能在月球上玩水上漂,那麼,你還必須確保——你不是一個胖子(233人艱不拆)。
更新模型概要。
在該研究工作的模型里,作者認為蜥蜴的腳掌每跑一步,會受到水的兩個衝量。
其中第一個衝量成為拍打衝量,這一部分力來源於腳掌拍擊水面,引起水的加速,改變了水的動量。根據反作用力原理,腳掌會受到方向相反的衝量。因此,這一部分衝量可以表示如下:
其中mVIRTUAL表示拍打造成加速的水的等效質量。uSLAP表示蹬腿的速度,這裡認為蹬腿的速度和腿帶動的水的速度相等。
其中mVIRTUAL表示拍打造成加速的水的等效質量。uSLAP表示蹬腿的速度,這裡認為蹬腿的速度和腿帶動的水的速度相等。
另一部分的衝量來源於划水時候水給腳掌的托力。這一部分力的產生來源於划水的時候腳掌在水面上打出了一個空穴。因為腳掌上方沒有水,因而腳掌底部收到的水靜壓力全部貢獻給了腳掌。另外,水的粘滯阻力也是划水過程中腳掌受力的重要部分。這一部分衝量稱為划水衝量,表示如下:其中,Drag(t)表示腳掌所受力水的總托力隨時間變化的函數,Φ表示腳掌與水平方向的夾角,因為只有豎直方向的托力對蜥蜴保持縱向穩定有貢獻。
其中,Drag(t)表示腳掌所受力水的總托力隨時間變化的函數,Φ表示腳掌與水平方向的夾角,因為只有豎直方向的托力對蜥蜴保持縱向穩定有貢獻。如前所述,Drag(t)分為兩部分,一部分為腳掌所受水的靜壓力,另一部分為水的粘滯阻力。分解如下:
其中S為腳掌面積。CD表示入水阻力係數。括弧中前半部分為
其中S為腳掌面積。CD表示入水阻力係數。括弧中前半部分為流體動力學阻力產生的壓強,後一部分為腳掌所受水的靜壓強。
注意到
因此
因此為了保證蜥蜴不沉下去,必須令拍打衝量和划水衝量不小於重力衝量
因此有
聯立上述公式即可解出所需的蹬腿速度。
聯立上述公式即可解出所需的蹬腿速度。既然已經有科學的回答,我有科幻的回答,請看《閃電俠》第一季第五集第32分鐘,不謝。
還是截個圖吧,事情是這樣的,有個妹子要炸了,是真的要炸了,如果爆炸造成的後果將是毀滅性的,於是閃電俠問了這麼個問題。
於是科學小分隊陷入緊張的計算。
然而Boss微微一笑,已經心算出結果。
結果閃電俠真的在水上跑了起來,給妹紙執行了水葬。
在外力作用下,讓水表現出類似於固體的性質是有可能的,只是人不可能辦到。液體分子隨時都在熱運動,其中一個分子會在一個位置振動一段時間,再移動到下一個位置。在一個位置振動的時間,稱作定居時間。當外力的作用時間達到定居時間的量級的話,液體將會表現出一些固體的性質,如彈性形變,脆性斷裂等。
水分子的定居時間是在10的負11次方量級,可見這是人是沒辦法達到的量級。(才發現對於分子間距來說,這並不是一個很難達到的量級……待我明天翻翻熱學書再說=_=)
至於只是想在水上漂,而不用讓水呈現出固體性質的話,最高贊答案已經說得很好了。
本人亦是一個武俠謎,只能給你一個腦洞大開的答案。本人跟據根據我看過的各種武俠小說綜合給你一個答案。
據說練國術是完全掌握身體的每一寸肌肉的練習,能完全利用自己的身體。在水裡利用自己雙腳的腳趾和小腿肌肉的快速振動反覆擊打水面從而使自己站立在水面。
等到零下三十度,時間會給你答案的
那麼一個人踢腿的速度有多快才能飛起來?
主要是水平速度和與水的接觸面積。大家小時候玩過的石片或瓦片水上漂
題主,這要看你對於查克拉的控制能力,和運用查克拉的熟練度了。把查克拉集中在腳上持續輸出,才能使你在水面上平穩行走和奔跑。你可以現在自家浴缸做練習。
如有疑問請參考教程【火影忍者】第54集
相信你會有收穫,也祝題主早日當上火影⊙▽⊙
起碼時速50公里才能達到。
其實要做到水上漂,重點不是腿速,而是需要運丹田之氣於腳掌。然後自然而然,腳尖輕輕點地,就能一躍而起!
不要踢腿,能浮起來就是水上漂,浮不起來大約一兩天後就是水上漂了~
【輕鬆一笑精選】222
少林武僧輕功「水上漂」118米創紀錄雖然 墊木板了但還是很帥啊
可以發明一種鞋子,踩到水面的瞬間讓水具有固體的性質。。。
感覺不僅僅是搗騰腿的問題,最關鍵應該是體重!!!!!
正常的水面很明顯做不到水上漂,不過有一種情況是很容易做到的:用玉米澱粉加上水,人在上面按照正常的奔跑速度奔跑是可以輕鬆水上漂的,具體什麼原理是這種液體是一種非牛頓流體,瞬間加壓可以增大其硬度所以,才能實現類似水上漂的效果。不過這種流體的性質與水已經相去甚遠,稱為水上漂恐怕略有不妥。
沉幾天,不漂也難了,第一樓物理課代表鼓勵腦洞患者不吃藥的話,我覺得再綁個熱氣球也漂,還可以太空步哦。
每小時65英里
參考的是蛇怪蜥蜴
我爸說他親眼見過一個武術師父水上漂,不過需要在水面上撒一些乾的秸稈。
其實水上漂不在於速度……題主你要先學會控制查克拉,比如先練練爬樹和倒立吸住之類的。然後凝聚查克拉,在腳底持續輸出,多試幾次就能站在水上了喲~再練練就能跑起來了喲。教學視頻詳見《火影忍者》第54集。
江蘇台說過,每秒170步。
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