الفيزياء وراء صنع بقع هائلة في حمام السباحة

سواء أكان الغوص خارج الأرصفة أو المدفع في البحيرات أو القفز من اللوحة العالية ، فلا يوجد شيء مثل فرحة القفز إلى الماء.

حول الغواصون الأولمبيون هذا الفعل الطبيعي إلى علم متطور ، بهدف جعل دفقة صغيرة قدر الإمكان. لكن رياضة أخرى تبحث عن العكس تمامًا: الدفعة القصوى القصوى ، واحدة عالية وواسعة وصاخبة قدر الإمكان.

مرحبًا بك في عالم “Manu Jumping”. على الرغم من أنه ليس مصطلحًا مألوفًا في الولايات المتحدة ، إلا أن Manu Jumping محبوب في جميع أنحاء نيوزيلندا. نشأت الرياضة في مجتمع الماوري ، حيث تفرقع مانو هو وسيلة للحياة. هناك ، قفز مانو لاعبا من الجسور والأرصفة ومنصات الغوص لجعل البقع العملاقة.

الرياضة مرحة ولكنها تنافسية. في Z Manu World Champs ، تربح بناءً على ارتفاع وعرض رشتك. السجل الحالي: رش يزيد ارتفاعه عن 32 قدمًا (10 أمتار).

يبدو المفهوم بسيطًا ، ولكن مثل الغوص الأولمبي ، اتضح أن هناك علمًا لقفز مانو.

وورثينجتون سبلاش

بصفتنا ديناميكيين السوائل ، ندرس الطريقة التي تتفاعل بها الكائنات الحية مع السوائل – على سبيل المثال ، كيف تتغذى طيور النحام برؤوسهم تحت الماء ، أو كيف تمشي الحشرات على الماء.

لذلك عندما تعثرنا على مقاطع الفيديو الفيروسية لـ Manu التي تقفز على Tiktok و YouTube ، تم تشغيل فضولنا. أطلقنا تحقيقًا علميًا في فن صنع دفقة.

كان بحثنا أكثر من مجرد متعة وألعاب. إن تحسين كيفية دخول الأجسام في السوائل – سواء كانت تلك الأجسام البشرية أو الحيوانية أو الميكانيكية – هو فرع لا غنى عنه للعلوم. إن فهم فيزياء دخول المياه له آثار على الهندسة البحرية والميكانيكا الحيوية والروبوتات.

اكتشفنا أن إنشاء Spramt Manu Splash المثالي لا يتعلق فقط بالقفز إلى الماء. بدلاً من ذلك ، يتعلق الأمر بإتقان المناورات الجوية ، وتوقيت الحركات تحت الماء ومعرفة كيفية ضرب السطح بالضبط.

Microsecond the Manu Trail -Jumper يضرب الماء أمر بالغ الأهمية. تحدث بقعان بالفعل: الأول ، رش التاج ، يتشكل بينما يكسر الجسم السطح. التالي ، وورثينجتون سبلاش ، مسؤول عن الانفجار القوي للمياه التي تطلق العالي في الهواء. القفز مانو هو كل شيء عن تشغيل وزيادة دفقة ورثينجتون.

لذلك قمنا بتحليل 75 فيديو يوتيوب من Manu Jumps. أولاً ، لاحظنا هذه التقنية: لاعبي لاعبي الأرض غلوت أولاً ، مع الساقين والجذع في وضعية على شكل حرف V.

لكن في اللحظة التي يذهبون فيها تحت الماء ، يتراجع الغواصون ويركضون لتصويب أجسادهم. هذا يوسع تجويف الهواء ، ومساحة الهواء التي تم إنشاؤها في الماء بواسطة القفزة ؛ ثم ينهار التجويف ، وفصل نفسه عن الجسم. تُعرف هذه الفترة من الانفصال باسم “وقت التخلص من قرصة”-عندما يرسل الانهيار طائرة من الماء يطلق النار إلى الأعلى. كل هذا يحدث ضمن جزء من الثانية.

إجابات من مانوبوت

وجدنا أن لاعبي القفز دخلوا الماء بزاوية V متوسطة تبلغ حوالي 46 درجة. مفتونًا ، قمنا بإعادة إنشاء هذه الحركات في حوض السمك المختبري ، باستخدام مقذوفات ثلاثية الأبعاد على شكل حرف V لاختبار مختلف الأضداد.

النتيجة؟ أنتجت زاوية 45 درجة أسرع وأطول البقع ، وتتطابق فعليًا مع ما لاحظناه في لاعبي البشر. زيادة V-angles أكثر من 45 درجة من خطر الإصابة من الهبوط المسطح على الظهر. لقد وجدنا أنه من المثير للاهتمام أن لاعبي القفزات يكاد يصطدمون بالزاوية المثلى إلى حد كبير من خلال ما بدا أنه حدس وتجربة وخطأ.

حفر أعمق ، وقمنا بعد ذلك ببناء مانوبوت ، وهو روبوت يحاكي حركات جسم الإنسان أثناء قفزات مانو. إنه قادر على التبديل من شكل V إلى وضع مستقيم تحت الماء. هذه هي الطريقة التي تعلمنا بها التوقيت الأمثل لزيادة حجم البداية.

على سبيل المثال ، بالنسبة لشخص يبلغ طوله 5 أقدام ويقفز من 1 متر ، فإن فتح الجسم في غضون 0.26 إلى 0.3 ثانية من ضرب الماء أدى إلى أكبر دفقة. افتح في وقت مبكر جدًا أو متأخر جدًا ، وحجم البقع يتعرض للخطر.

تحذير واحد: البشر أكثر تعقيدًا بكثير من أي قذيفة مطبوعة ثلاثية الأبعاد أو مانوبوت. تضيف عوامل مثل توزيع الوزن والمرونة والشكل التشريحي الفوارق التي لا يمكن تكرارها نماذجنا بعد.

في الوقت الحالي ، على الرغم من أن النتائج التي توصلنا إليها تبرز حقيقة بسيطة: إن إنشاء دفقة مانو المثالية ليس نتيجة الحظ. بدلاً من ذلك ، يعتمد على سيمفونية تم ضبطها بعناية من المناورات الجوية والمياهية. لذلك في المرة القادمة التي ترى فيها شخصًا يرش كل شخص في حمام السباحة بقفزة عملاقة ، تذكر – هناك علم جميل وراء الرش.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: Pankaj Rohilla ، معهد جورجيا للتكنولوجيا و Daehyun Choi ، معهد جورجيا للتكنولوجيا

اقرأ المزيد:

لا يعمل المؤلفون على الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.