Както може да ви каже всеки, който някога е бил

Както може да ви каже всеки, който в миналото е бил леко подпийнал наоколо до басейн, скокът по стомах във водата може да е изненадващо противен. Но замисляли ли сте се за какво е по този начин? Е, отговорът в действителност е обвързван изненадващо доста с пробна физика.

На пръв взор целият развой зад цамбурването по стомах в басейна не е толкоз комплициран от научна позиция – отбелязва Даниел Харис, доцент в инженерния факултет на университета Браун и водещ откривател в нов труд за механиката на този скок. Това е елементарна нютонова физика: „ Изведнъж водата би трябвало да се форсира, с цел да настигне скоростта на това, което пада от въздуха въздуха в нея “, изяснява той. „ Когато това се случи, огромната мощ на реакцията се връща назад към тялото, което точно води до присъщото разплискване на вода. “

„ Но по-голямата част от научната работа, която към този момент е осъществена в тази област, преглежда твърди тела, които се удрят във водата, чиято цялостна форма не се трансформира или раздвижва в отговор на удара “, споделя Харис. „ Въпросите, които започваме да си задаваме, са: Какво става, в случай че обектът, който се удря, е еластичен, тъй че откакто усети силата, може да промени формата си или да се деформира? Как това трансформира физиката на цялото събитие и, което е по-важно, какви са силите, които се усещат върху тези структури? “

Тоест, главното пояснение горе важи единствено в случай че сте извънредно здрав и мускулест. Ако не сте, евентуално региона на стомаха ви е в някаква степен мека – и този подробност, става известно, може да има някои парадоксални резултати върху физиката.

„ Противно на интуицията, ние откриваме, че „ омекотяването “ на удрящия детайл не постоянно понижава пиковата мощ на удара “, разкрива публикацията. Всъщност то „ може и да усили силата спрямо изцяло корав аналог “.

Как обаче се учи сходно нещо? За страдание, отговорът не е толкоз елементарен и не включва подпийване, а „ многократни опити, учредени на подробно математическо моделиране “. Използвайки високоскоростна камера и система от комплицирани датчици, екипът снима стартирането на цилиндрична маса във водата и мери другите резултати върху структурното натоварване на тялото.

Дотук всичко е общоприетоо – само че това, което отличава опитите на Харис и неговия екип от доста предходни проучвания, е прибавянето на мек удрящ детайл, прикован посредством система от гъвкави пружини, към края на цилиндъра; нещо като окачване в автомобил, изяснява Джон Антолик, началник на проучването дружно с Харис. На доктрина пружините би трябвало да смекчат удара на масата, като разпределят натоварването за по-дълъг интервал от време.

На процедура обаче нещата са малко по-различни…

„ Структурата вибрира напред-назад в резултат на мощния удар “, споделя Харис. „ Така че получавахме показания както от въздействието на удара в течността, по този начин и от трептенето, тъй като структурата се разклаща “.

Екипът открива, че ключът е в пружините – а вярното им конфигуриране е сложна задача: в случай че са прекомерно твърди, няма да всмукват задоволително удара; в случай че са прекомерно меки, може да се стигне до прибавяне на спомагателни трептения в системата, което ще усили общата мощ върху нея.

Въпреки че резултатът може да е забавен за хората на отмора, той е още по-добра вест за военните и откривателите на подводни зони. Извън игрите край басейна, точно военноморското и морското инженерство най-често имат потребност от структури, които могат да устоят на силите на ударите от въздуха във водата – и по тази причина проучването е отчасти финансирано от Службата за военноморски проучвания и Военноморския център за подводна война.

Но макар високотехнологичния темперамент на резултата, наподобява, че природата от дълго време е решила казуса – и в действителност, идващите стъпки на Харис и Антолик са въодушевени от грациозното кацане върху водната повърхнина на някои птици.

„ Биологичните проучвания на тези птици демонстрират, че те правят избрани маневри при навлизането си във водата, тъй че да не изпитват толкоз огромни сили “, споделя Антолик. „ Това, към което се стремим, е да се опитаме да проектираме нещо, което всъщност съставлява роботизиран детайл, който може да извърши някаква дейна маневра по време на влизането във водата, с цел да обезпечи по-слаб удар за тъпи предмети. “