作者:Peter D. Hicks 来源:《皇家学会学报A》 发布时间:2010-9-30 14:49:22
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新数学模型或有助微粒碰撞研究

 
新的数学模型揭开“打水漂”游戏的奥秘
(图片来源:Thinkstock)
 
你小的时候喜欢玩掷石子“打水漂”的游戏吗?科学家告诉你,这个游戏现在还没有过时。两名数学家最近刚刚依据它建立了一个数学模型,以帮助工程师设计出更棒的飞机,使飞机的机翼能够在寒冷的高空摆脱结冰的烦恼。
 
“打水漂”的物理学原理多少年来一直是个未解之谜。科学家现在已经知道石子第一次触及水面时的情景,但对后面的情况却一无所知。正如人们已经弄清高空的微小冰晶撞上被水汽覆盖的机翼时会发生些什么,但之后的事,也仍然没有人搞得清。
 
英国伦敦大学学院的数学家Peter Hicks和Frank Smith一直在研究风中的微粒相互碰撞的奥秘。现在他们开始意识到,这些碰撞和“打水漂”游戏中小石子在水面弹跳的现象有许多地方非常相似。
 
基于早期的研究成果,Hicks和Smith建立了一个数学公式,能够计算出不同质量和性状的物体碰撞后弹离水面的速度和角度。更妙的是,这个公式能够算出物体砸到水面上时,水对物体施加的压力有多大。
 
在8月出版的英国《皇家学会学报A》上,Hicks和Smith详细描述了他们用一系列公式建立起来的数学模型。这个模型还引入了物体的长度、物体前端与水面的接触面积等参数。
 
Hicks介绍,压力是这个模型中最重要的参数。不管是高空冰晶也好,小石子也好,只要水面给这些物体施加了足够的压力,它们就可以弹回空中。这个模型“可以让我们观察到物体在流体中运动的状态,并能够预测它是否能够反弹”。Hicks说。
 
英国东英吉利大学的数学家Alexander Korobkin表示,由于原理相同,这个模型也可以应用于轮船的设计,以帮助船体运行更加平稳,乘客感觉更加舒适。但他同时也担心当飞机需要在水上迫降时,飞行员能否足够精确地调整降落角度,以提高事故生还率。但不论如何,Korobkin都认为这篇论文“对揭开这一复杂和神秘的现象意义重大”。(来源:科学时报 丁佳)
 
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