【科技直通车】2010年8上  4 P

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　　打水漂、耍陀螺，玩出了啥？

　　文/李 磊

　　打出最棒的水漂

　　有谁小时候没玩过打水漂呢？打水漂是一个古老的游戏，规则相当简单，谁的石子在水面跳跃的次数多谁就赢。1992年，有个美国人抛出的石子在水面上连续跳跃了38下，创造了这项游戏的吉尼斯世界纪录。你想不想试着击败他，再破吉尼斯新纪录？如果想，就认真往下读，保你学会最棒的打水漂方法，因为科学家已经揭开了打水漂的奥秘。    

　　水漂下的秘密

　　一天，法国里昂大学的博凯博士和他8岁的儿子一起散步。他们来到一条河边，两个人玩起了打水漂。儿子问：“怎样打水漂才能打得更远呢？”博凯说：“看，就像我这样扔。”接着，他做了个示范给儿子看。只见石块在水面上留下了朵朵涟漪。就在这时，博凯的脑海里冒出了一个离奇的想法——为什么不用物理知识来弄清楚打水漂的过程呢？于是，这位物理学家开始了艰苦的研究。

　　功夫不负有心人，2002年，博凯列出了一组研究打水漂的方程式。根据这个公式，他计算出要想达到那38下的吉尼斯纪录，需要很快的速度，就相当于一块石头以40千米/小时的速度抛出去。这么快的速度怎么才能实现？告诉你吧，真正的秘诀是扔出去的石头在撞击水面时，要保持20度的“黄金角度”。

　　发明打水漂机

　　这个结论正确吗？为此，法国科学家克兰尼特和两位同事专门制造了一个“打水漂机”。这个机器其实是个机械化弹弓，可以发射直径5厘米的铝制飞碟。当然，整个过程会用摄像机记录下来，以备研究。

　　经过多次实验，他们终于发现了打水漂的奥秘：角度最关键。如果石块入水的角度大于45度，它根本弹不起来，会扑通一下掉进水里；当石块与水面的夹角为20度时，它在水面上弹跳的次数最多，这正是打水漂的“黄金角度”。另外，旋转也很重要，石块旋转要比不旋转弹跳次数多。原因就在于，旋转让石块更稳定，消耗的能量更少。但仅知道了这些道理还不行，你还要选用扁平、圆形的石块，这可是打水漂最理想的材料。

　　小游戏大学问

　　科学家兴师动众地研究打水漂，难道只是为了好玩吗？事实上，这个研究的意义非同寻常。根据这一理论，能模拟出宇宙飞船返回地球的过程。当飞船返回舱从空气稀薄的太空返回，进入“浓密”的大气层时，它的运动方式就与打水漂有几分类似，也有一个“弹跳”的过程。如果返回舱与大气层的接触角度(小于40度)太小，它会像水漂一样从大气层上表面弹开，成为太空垃圾绕着地球转，永远回不了家；如果角度超过40度，它就会化成一颗流星，消失在天空中。

　　因此，明白了打水漂的秘密，科学家就能更准确地模拟飞船的回收，降低风险，保证宇航员安全返回地球。看来，打水漂不止是一个小游戏，它蕴藏的学问还真不小呢。

　　图注：

　　科学家在模拟航天飞机回收过程。

　　打了水漂，再来玩陀螺！真是越玩越开心，越玩越长见识啊！

　　倔脾气的陀螺

　　大家小时候都玩过陀螺，这玩意儿有个倔脾气，要是静止放在地上，它站不住。可是，当它旋转起来时，就能一直保持转轴立着的姿势，并且旋转得越快，立得越稳。这是为什么呢？

　　原来，一个东西在旋转起来后，就具有了一种特性，使它能保持转轴方向不变。陀螺的这个倔脾气，叫做稳定性。转起来以后，它总是保持着转轴向上，即使地面坑坑洼洼，它也一样稳如泰山。其实，陀螺的倔脾气是转动惯性的一种表现。

　　与生活息息相关

　　如果你仔细观察，会发现生活中很多现象都和陀螺有关。比如，自行车骑起来为什么不倒？这和陀螺的道理是一样的。轮子一转，就像两个陀螺，能保持原来的转轴方向，不让车子歪倒。轮子转得越快，稳定性就越好，车就越不容易倒。

　　同样道理，钻头和陀螺一样，也有一股倔脾气。木匠师傅用钻头在木头上钻孔，钻头旋转起来就认准了一个方向，非钻进木头里去不可。

　　飞出旋转子弹

　　陀螺在军事上也有妙用。在枪炮刚诞生的时候，枪筒或炮筒里都是光溜溜的，子弹打出去会东倒西歪，有时甚至会翻跟头，而且多半都打不中目标。

　　后来，人们从陀螺身上得到了启发，在枪筒和炮筒里刻上一道道螺旋形的小槽，就是人们常说的膛线。扣动扳机，子弹就沿着这一圈圈螺旋线射出，像陀螺一样沿着转轴的方向打起转来，这样就不再东倒西歪了，所以才能百分百地命中目标。子弹在击中目标后，由于惯性，仍然会旋转，就像钻头那样往目标里面钻，命中率和杀伤力自然会大大提高。

　　当个好向导

　　受到陀螺的启发，人们制造了陀螺仪。一般来说，陀螺仪由高速转动的陀螺和灵活的万向支架组成。陀螺用摩擦力很小的轴承支在内环上，内环又用轴承支在外环上，外环再通过轴承支在底座上，因此，万向支架向哪个方向都能转动。比如在轮船上，不管底座随着轮船怎样晃动，陀螺仪都不会受到影响，它总是稳定地指着一个固定的方向。驾驶员通过这个向导，就能清楚地知道轮船的航行情况，这就叫惯性导航。

　　再比如，当宇宙飞船飞向太空的时候，因为远离地球磁场，指南针派不上用场，但特制的陀螺仪可以给宇航员指引方向。在起飞前，把陀螺仪调好，指向某一个恒星。飞船在飞行时，陀螺仪始终高速定向旋转，这样飞船就可以根据陀螺仪的指向，来确定自己的方向。

　　特别申明：科技不断发展，研究成果不断更新，此栏目内容仅供参考。

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