這個」打水漂「可不是什麼努力都白費了的意思哦，而是一項世界各地人民都喜歡的岸邊水上運動。

要說有多喜愛呢，北美甚至於1989年在德克薩斯州成立了」打水漂協會「，舉行打水漂錦標賽，跳躍次數最多者取勝，而蘇格蘭每年也會舉辦相關的比賽，但是獲勝條件不太一樣，是飛的遠的獲勝（你想不想整個冠軍？）。

可見大家對打水漂這項運動的喜愛。

江湖上有句很流行的話：「有人的地方就有江湖。」

而我們「水漂界」也有一句話：「有水的地方就有水漂！」

你不要過來鴨，小石頭

打水漂也能發Nature？The article about stone skipping on Nature？

大家可能就要問了，這打水漂還能玩到什麼境界？

（玩出什麼花來）

那你就大錯特錯了！

如果我們沒有掌握一定的技巧，那可能僅僅就是

一個水花，跳水最後得分，10分，哇！！！

不好意思，走錯片場了。

而世界吉尼斯紀錄保持者Kurt Steiner打水漂記錄是88次。

kurt steiner

而打水漂掠過距離最長的世界紀錄保持者Dougie Isaacs劃出了121.8米的距離。[1]

然後我看了看我打出的一個水花

難過的留下了眼淚

痛定思痛之後

我決定好好研究一下

弄清楚裡面的物理過程

並準備寫一篇名為《論如何科學的打水漂》的論文

並爭取發表在《宿舍學報》上

（總覺得我在瞎研究）

結果

我用關鍵字搜索了一下與水漂相關的論文

（誰會研究這個嗎？）

突然

一篇2004年的Nature印入了我的眼帘

什麼？？？

這東西還能發Nature？

我揉了揉眼睛，發現並沒有看錯

算了，《宿舍學報》計劃宣布破產，先學一下技術

水漂分析 來源：文獻 [2]

這篇Nature通過大量系統的實驗發現了一個打水漂的最優解，也就是當石頭圓盤的平面與水面的夾角為20°時，是打水漂的最佳角度。[3]

不過這是為什麼，這篇文章沒有給出合理的解釋。

如何才能打出一個完美的水漂？How can I make a perfect stone skipping?

而第二年的一篇PRL，通過數值模擬，給出了理論解釋：

簡化模型 來源：文獻4

通過對水漂過程中石頭-水平面進行建模，給出了和上面那篇Nature相同的結論，即20°角確實可以讓水漂表現最好。[4]

那麼除了這個角度之外，打水漂還需要哪些參數，才能把這個水漂打的又遠彈跳次數又多呢？

按照經驗來說，肯定初始速度越大越好，因為在碰撞水面的過程中會損失一定的能量，相同情況下，初始平動動能大的飛的遠。而有一篇名為《Continual skipping on water》的文獻中，證實如果石頭可以維持水平速度，那麼這個水漂將會一直進行下去（是不是感覺在哪裡見過類似的結論？）。[5]

石頭飛出手時，最好可以自帶旋轉，這樣可以讓石頭在運動過程中保持一定的穩定性，這其中主要是利用了陀螺儀的原理，並且由於陀螺效應可以繼續進行直線運動而不會出現偏差（大霧）。[6]

陀螺儀是一種由輪子或者圓盤組成的組成的裝置，它可以圍繞軸自由轉動，而軸的方向不受傾斜的影響。重力對旋轉盤平面的影響導致旋轉軸「偏轉」，而施加在旋轉盤上的有效扭矩（是使物體發生轉動的一種特殊的力矩）對角動量矢量也有影響。最終使得整個旋轉軸在重力和其自身角動量矢量的影響下找到了平衡，從而維持了一定的穩定性。

而且文獻中也提出，石頭的形狀最好是圓盤形狀。[6]

綜上，所有的條件基本都給出了：

圓盤狀的石頭，20°的角度，自旋角速度越大越好，初始速度（拋射速度）越大越好。

所以記住了這些訣竅的小夥伴，一個小池塘可能已經滿足不了諸位小夥伴了。

趕緊找片大海練練手吧，不過一定要注意安全昂！

是不是還有一個關鍵性問題沒有解決？那就是水漂為什麼會飛起來！

當石頭以一定角度將水向下推的時候，水面給的反作用力使其豎直速度反向，並損耗一定的能量，而之後繼續飛的石頭是以與飛盤相似的方式產生升力，而這與水的表面張力幾乎沒有關係。 [1]

來源：維基百科

研究水漂有什麼用？

What is the significance of the study?

不知不覺，竟然參考了這麼多文獻，其中竟然還包括Nature。那麼研究打水漂肯定不光光是為了好玩吧。

那麼，問題來了：打水漂有什麼用嗎？

當然有用，而且甚至在戰爭中被用到了武器上。

在帆船時代，由於火炮動力不足，鐵質的炮彈飛行距離過小。這時候就有一部分人發現，可以讓炮彈通過這種「打水漂」的方式。無形中增加了射程，也大大增加了獲勝的幾率。畢竟對方還碰不到自己的時候，已經打中了對方帆船，甚至擊沉對方。

而威廉·伯恩更進一步，他通過研究第一個提出：如果炮彈能夠以足夠低的角度發射出去，將會到達更遠距離。[7]

而在二戰時期，英國工程師也開發了一種類似的武器，這種武器在撞擊前以極快的速度旋轉，從而在水面上移動，最終炸毀了德國關鍵的水壩。

示意圖 來源：騰訊網

那這又是什麼？

What is this again?

小編髮現有人去了位於塔斯馬尼亞的戈登壩，此壩高約126.5米，是不是可以在上面試一下高空水漂？（疑問）

圖片來源：youtube

可以看到，當不給籃球任何初始變動時，雖然在風的作用下，有一些搖擺，但是最終差不多直直的落了下去，與水還有很遠的距離，那還打個啥的水漂？

如何才能夠得到水呢？使勁直直的扔過去？感覺不是那麼優雅。要不，就給籃球加一點旋轉？

圖片來源：youtube

而當給籃球加了一個旋轉之後，一切都不一樣了。籃球在空中划過了一道弧線，並最終在水上打出了漂亮但是聲音巨大的「水漂」。（啊喂，這個球誰去撿一下？）

這又是為什麼呢？原來這其實是受一種物理效應—馬格納斯效應的影響。這一效應是由德國科學家馬格納斯於1952年發現的，故以此命名。

順時針旋轉的圓柱體會產生向下的力 來源：維基百科

該效應會影響空中飛行的球體或者圓柱體，小球獲得一定的速度後，下方的氣體流向與旋轉方向相同，因此氣流被球所偏轉，並作用於球上。而上方的氣流與球的旋轉方向相反。最終結果是：球將一側（上方）空氣推開，同時氣流又產生了等大的反向作用力，小球的軌跡就會發生變化。[8]

馬格納斯效應讓我們可以在高空優雅的打水漂。

雖然早在200多年前，牛頓類似的解釋過網球的運動軌跡，但是以牛頓命名的東西實在太多了。這一效應在球類運動中應用廣泛。比如著名的」香蕉球「就是這個原理。

除了體育活動，還有別的領域也應用了這一效應。

這是一艘帆船，雖然它並不像。

看完這個動圖是不是就懂它是怎麼利用風來前進的了。現在也有部分船使用這種效應來減少柴油的使用。期間也試飛過一架利用相同原理的飛機，不過試飛了一次就墜毀了。

綜上：科學不僅好玩有趣，而且更有用哦！！！

先不要走，還有話說

Last but not least

一個水漂

又是Nature，又是PRL的

我一點都不羨慕

希望大家也能這樣子

玩出Nature,PRL等等paper

（最好作者一欄能帶小編一個，哪怕是致謝）

部分圖片來源於網絡

參考文獻：

[1] Stone skipping-維基百科

[2] Secrets of successful stone-skipping-Nature

[3] 如何學會打水漂？-知乎

[4] Theoretical and Numerical Approach to 「Magic Angle」 of Stone Skipping-PRL

[5] Continual skipping on water

[6] The physics of stone skipping

[7] Physics of Skipping Stones Could Make Bounceable Naval Weapons

[8] Magnus effect-維基百科