如何学会打水漂?

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一篇2004年的 Nature 文章[1]里介绍了打水漂的秘诀:神秘角度20°。这篇文章通过系统的实验发现,无论自旋角速度、抛射速度如何,石头与水面的攻角在20°时,石头与水面的接触时间都最少,而该接触时间决定了能量损耗的大小,接触时间越短能量损耗越少,因此20°角是打水漂的关键。注意这里攻角的定义是石头圆盘那个面与水面的夹角,不是入射速度方向与水面的夹角(此角度在15°~40°之间都对结果影响很小)。


后来一篇2005年的 PRL 文章[2]通过数值模拟重复出了同样的结论,并且给了理论解释。上图出自[2]。

石头的自旋角速度可以让石头的运动更加稳定,尽量维持攻角不变,其原理即陀螺仪的原理,角动量守恒[3]。因此自旋角速度越大越好。

石头的抛射速度代表了初始平动动能的大小,每次石头与水面碰撞一次将损失一定的能量,到最后能量太低时石头就落入水中了。文献[4]证明了如果水平速度可以维持不变的话,那么打水漂可以永远进行下去。因此抛射速度也是越大越好。

至于石头的形状,和经验一致,就是扁圆盘状最佳。

以上囊括了打水漂的所有要素:用扁圆盘状石头,攻角要尽量做到是20°,自旋角速度越大越好,抛射速度越大越好。祝你成功!



//以下是装逼的参考文献:
[1] nature.com/nature/journ
[2] Phys. Rev. Lett. 94, 174501 (2005)
[3] The physics of stone skipping
[4] Continual skipping on water
[5] Stone skipping
//转载自 如何学会打水漂?