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太空失重狀態下還能游泳嗎?
被汙染的水球怎麼獲得
在科幻大片《太空旅客》中一幕驚險的太空溺水事件讓人大開眼界,誰也沒想到,在太空中竟然還會溺水。
事情是這樣的,在一艘開往深空的太空飛船裡,由於人造重力,船員和旅客可以像日常地球上的生活一樣,沒有任何失重的問題。入夜後,女主一猛子扎進太空飛船的游泳池裡,開始暢遊。
失重開始
可就在這時,重力模擬突然失靈,太空飛船裡的所有物品都開始漂浮起來。而此時的游泳池裡,一池子水也因為失重逐漸升騰起來。
女主也隨著一起漂浮在水中。然而,太空中的一池子水逐漸開始聚攏,形成了一個巨大的水球。此刻女主也就被困在了大水球中間,任憑她怎麼使勁地遊,都無法擺脫大水球游到水球的邊緣,最終女主失去了意識。
被困在漂浮的水泡中
當然,在最後關鍵時刻,重力得到了恢復,一池子水又落回了水池,女主也活了過來。
但問題就來了,我們都可能知道,太空失重環境下,水會形成一個水珠漂浮在空中。然而,這次水滴中的女主拼命划水卻無法游出水球,這個合理嗎?
我們大概來分析一下。
I。 失重後的水會形成大水泡嗎?
失重後的一池子游泳池水漂浮起來後,形成一個大水球,把女主困在其中。首先這第一點可能就成問題。
我們都知道,由於分子的表面張力,失重狀態下的水會聚成一個球形的水泡。這一點是由於水分子之間的引力相互作用,以及表面水分子之間的張力,最終讓水分子形成一個球。
但問題是,這個水球很容易就被破壞掉,分裂成很多個小水球。因為水分子之間的凝聚力還是很弱,隨便一個固體都可以伸進去破開水分子之間的連結。
如果是在地球上,水就會被隔開。在太空中,一個大水球會被分成很多個小水球。
因此,游泳池中的水在懸浮升起的過程中,由於女主不斷撲騰,很難最終會聚攏成一個大水球,大機率會被撲騰成很多個水球。女主也很難被困在一個超大的水球中。
II。 被困在水球中,她難道就不能游出來嗎?
當然可以了。影片中,女主拼命地划水,但卻不能移動分毫,最終溺水失去意識,這其實是影片虛構的場景。實際中是不現實的。只要你會游泳,在失重狀態下,也一定可以游出水球,或者讓水球分裂成多個小水球。
為什麼呢?有同學說,太空中失重,水失去了浮力,所以游泳動作就失效了。
其實不然。在地球上,我們之所以需要游泳划水,一方面是需要克服重力的作用,因為我們的重力大於水的浮力,如果不划水,就會沉下去。
水的浮力之所存在,也是因為水由於自身重力落在底部容器上,由於底部容器的支撐作用,透過水傳遞到人身上,形成了浮力。
這樣一來,如果水失重了,不再作用於容器底部,失去了支撐,自然也就不會有所謂的浮力存在了。
那麼沒有了浮力,是不是人就遊不了泳了呢?這就不對了。
在地球上,人划水,除了克服重力,還有一個向後水平方向的力作用於水,然後透過反作用力讓身體前進,簡單地說,就是把身體前面的水撥到身體後面去,這樣人就可以前進了。
這個力與浮力無關,而是由於流體力學本身性質產生的作用力和反作用力。換句話說,只要你在水泡中使用游泳的標準動作,將水向身後撥動,你就可以向前移動。
有人說,水泡中的人與水球在各個方向都沒有支撐,人怎麼可能向前移動呢?就好比一個人在腳踏車上試圖透過晃動身體讓腳踏車往前走,這不符合常理。
這裡面的問題就是,人與腳踏車並沒有形成相對位移,想象一下,如果你站在一個靜止的平板車上,使勁向前跳,會發生什麼?
顯然,平板車會被你蹬到身後面去,然後你可能會稍微往前跳了一點,然後落在了地上。
其結果就是,你與平板車分離了。雖然你並沒有跳多遠,但平板車已經離你很遠了。
在這個大水泡中也是如此,如果你不慌,保持正常游泳動作,一定能游到水泡的邊緣,或者讓水泡破裂,形成很多的小水泡,最終讓你脫離水泡的困擾。
因為你的划水動作,肯定會讓你的身體向前,去填充你撥走的水,此時划水產生的推力與浮力無關,僅僅是作用力與反作用力的關係。或者說,水到後面去了,人就到前面去了。
這就好比一隻鼴鼠在地下挖洞,讓自己回到地面上來是一個道理。只要水泡足夠大,你撥到後面的水不會立刻返回來就可以。這顯然沒有問題,你划水撥向身後的水,會在水球的表面形成浪湧,不會立刻回到你的前面來,而且很可能突破水的表面張力,讓水球破裂。
III。 水泡不會跟著人一起向前漂浮嗎?
還有人說,你在水泡裡向前遊,水泡也會跟著你走,這樣你就永遠遊不出去了。這顯然也是不可能的。你和水泡此時處於一體,如果你們同時向前飄去,那一定不是你游泳的結果,一定是有一個外力,作用於你和水泡上,比如一個大風扇吹著水泡。單靠內部運動,是不可能讓你和水泡同時朝一個方向移動的。
外力才能讓二者同時向前
所以,我們說在太空中的大水球裡游泳,一定可以游出來。但是,太空中水由於表面張力作用會粘附於物體上,僅靠輕微外力無法把水弄走,就會發生嗆水的可能。但這種表面張力相對於人的划水力量來說,太微弱了,所以我們不用擔心。當然,即便如此,在沒有經歷過的情況下,人可能會慌亂無措,划水動作變形,起不到撥水的效果,那就沒辦法移動身體了,所以,學會游泳很重要的一點要懂得撥水,不能來回亂撥,把撥回去的水又撥回來,這樣就不能移動了。
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