水漂 嫦娥五号在线教你如何打出完美“水漂”( 二 )
研究发现这些以鱼为食的鸟类通常具有尖锐的喙和细长的脖子,入水前翅膀夹紧身体像箭一般刺入水中,最大限度地优化自身入水的水动力学特性。
而且翠鸟入水通常只会激起非常小的水花,这样便可在入水后保持更快的速度、潜入更深的水中以提高捕食到鱼类的机会。
入水之后通过调整翅膀的伸展控制姿态,迅速捕食猎物。
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翠鸟入水过程照片,入水前空中姿态(左)入水后姿态控制及空泡形态(右)|图片来源:veer图库科学家非常关心这些水鸟如何在高速入水的过程中不受到伤害。
一项发表在《美国科学院院报》的研究通过对一种北方塘鹅(northern gannet)的标本进行入水实验。
发现海鸟在入水之前会努力收缩肌肉,通过肌腱保持骨头的稳定性使脖子伸直,以降低入水产生的巨大冲击载荷导致的受伤风险。
由此,科学家们建立了海鸟入水的安全速度理论预测模型,并为人类的活动提供了参考。
比如中国跳水\"梦之队\"运动员入水,身体与水面垂直时激起的水花最小,这样看起来与翠鸟的入水姿态有几分相似。
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跳水比赛运动员入水前姿态和入水后的水花这种自然界和生活中的入水现象也被成功应用于实际工程中。
MIT的Tadd Truscott教授通过优化弹头的形状,使子弹始终贴在空泡表面的一侧从而获得稳定弹道。
英国帝国理工学院研制的\"塘鹅\"入水飞行器,在空中飞翔时会保持为\"固定翼\"的状态。
当要入水时,先把机翼收起折叠成一条细线,再模仿塘鹅捕食时的姿态俯冲入水。类似的工程问题还包括水上飞机的着陆,航天器水上降落和回收等等。
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针对入水弹道稳定性的子弹形状优化△a:常规子弹入水弹道失稳旋转;b:优化后子弹形状弹道保持稳定;c:子弹形状对比;d:优化子弹入水空泡的理论与实验分析
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英国帝国理工学院研制的AquaMav(塘鹅)跨介质飞行器样机|样机入水照片(左)真实塘鹅入水照片(右)不难发现,入水后物体的运动,仍与力学原理息息相关。
老子的《道德经》中讲,故恒无欲也,以观其眇(妙);恒有欲也,以观其所噭。
意思是说,平常要处于一种\"无欲\"的状态,去观察大自然和生活中有趣的问题,然后再进入\"有欲\"的阶段,通过人本能的求知欲来寻找现象背后的奥秘。
所以,如果我们能够善于在日常观察中寻找科学发现契机,采用严谨认真的分析归纳出一般规律,就能够更好地运用这些规律解决实际问题。
参考文献
[1] Clanet C, Hersen F, Bocquet, L. Secrets of successful stone-skipping.Nature, 2004, 427(6969):29-29.
[2] Rosellini L, Hersen F, Clanet C, et al. Skipping stones.Journal of Fluid Mechanics, 2005, 543:137-146.
[3] https://www.manstonhistory.org.uk/dambuster-bouncing-bomb-tests-at-reculver-and-manston
[4] Truscott T T, Epps B P, Belden J. Water Entry of Projectiles.Annual Review of Fluid Mechanics, 2014, 46:355-378.
[5] Chang B, Croson M, Straker L, et al. How seabirds plunge-dive without injuries.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016. 113: 12006-12011.
[6]https://dronesplayer.com/uav-drone
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