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不危险的科学小实验(超级危险的科学实验)

不危险的科学小实验(超级危险的科学实验)

 

跳水是一件刺激又好玩儿的事情。我们可以在体育竞技场上欣赏专业的运动员高水平的比拼,也能在海边看到许多人兴奋地从高耸的岩石上一头扎进水里。

但很多人忽略了,对未经训练的普通人而言,跳水同样是一件带有危险的事情。水的密度差不多是空气的1000倍。如果你从一种非常稀薄的介质,进入另一种非常密集的介质中时,势必会经历巨大的冲击。

在人类生物力学的研究中,有大量关于下落伤害的文献,特别是针对老年人的研究,还有许多关于运动伤害的探索,比如脑震荡。但关于跳水伤害的研究却少之又少。

近日,一组研究团队对跳水过程的生物力学进行了详细探索。他们测量了头、手和脚首先入水的跳水姿势带来的冲击,以及在不同跳水高度下受伤的可能性,为安全跳水提供了数据驱动的建议,并提供了测量不同形状的生物落入水中时影响的模型。论文已发表在《科学进展》上。

3D模型实验

在生活中,人们会以各种不同姿势跳入水中,团队因此希望研究入水部位的影响。此外,他们还想就物体或不同形状的前端如何进入水中,提出一种更普遍或一般的理论。因此,他们研究了不同姿势的人类和动物的入水前端,并测量了不同形状的冲击力。

研究人员使用3D打印模型,模拟了接近真实大小的人类头部和躯干、伸出手臂的躯干和头部,以及脚,还有不同动物的模型,包括港湾鼠海豚的头部、北方塘鹅的喙,以及蛇怪蜥蜴脚的模型,分别研究了弯曲、尖的和平的形状对水面的冲击。

各种动物和人类入水的冲击动力学。(图⁄Pandey, A. et al., 2022)

他们在模型上安装传感器,投入水中,并测量作用在它们身上的力,以及这些力是如何随时间分布的,从而建立起了一套理论模型,描述各种形状的力的增加,以及这些力如何随着跳水高度而增加。

然后,他们将高度和冲击力,与人类肌肉、韧带和骨骼所能承受的力绘制在一起,并发现在不同的高度和不同的潜水姿势下出现不同伤害的概率,比如锁骨、脊柱和膝盖受伤。

对于未经训练的跳水人员来说,研究人员发现,在头先入水的情况下,8米以上的高度会带来脊髓和颈部受伤的可能;在手先入水的情况下,12米以上则会带来锁骨受伤的可能性;而在脚先入水的情况下,15米以上则可能膝盖受伤

蓝牙音箱和市面上售卖的传统普通影响最大的一个区别就是在连接的时候没有线材的限制,只需要您手中的设备支持蓝牙功能就可以和蓝牙音箱无线连接在一起。

安全的跳水指导

主动降噪确实会导致音质出现一些失真,导致在听音乐时可能会有背景嘶嘶声。家里的用电负荷增大的时候,家电起火的风险也会有所增长。

团队表示,这项成果可以帮助指导人们做出更安全的跳水选择,例如,如果想要从比较高的地方跳下,脚先入水应该是一种相对更安全的选择。

目前,人们创造的纪录可能超过研究发现的这些数字。比如,极限运动员拉索·沙勒(Laso Schaller)曾从58.8米的高度,以脚先入水的姿势跳入水中。研究人员表示,想要在这种极端的高度跳水而不受伤,就必须调动适当的肌肉,使得身体变得更硬、更紧。

研究还强调了,俯冲式入水的动物在减轻跳水冲击方面的适应性有多强。例如,北方塘鹅的喙有着较小的角度,让它们能够以每秒24米的速度进入水中。海豚长着较短的融合的颈椎,在它们游动时能够支撑头部。这些都是它们适应冲击的有效特征。

事实上,这些研究的背后还有一个更广泛的研究计划,希望了解动物或物体如何穿越界面。除了动物的跳入水中以及跳出水面的研究,目前还有一个项目正侧重于研究狐狸是如何一头扎进雪地里的。

研究通讯作者、康奈尔大学生物与环境教授郑成万(Sunghwan Jung,音)表示,我们非常擅长让飞机在空中飞行,使潜艇在水中移动,但是穿越界面,就像你在动物世界中看到的那样,对我们来说却并不是一件容易事,而且这也是工程师和科学家非常感兴趣的事情。

也许这项研究可以帮助阐明未来新的工程设计,让系统能够胜任这一任务。

参考来源:

https://news.cornell.edu/stories/2022/07/look-you-leap-study-provides-safety-guidelines-diving

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo5888

https://www.newscientist.com/article/2330947-physicists-calculate-highest-dives-most-humans-can-safely-withstand

封面图/首图来源:Cornell University

最佳观看距离与电视尺寸相关,一般来说40~42寸建议3米左右;46~50寸建3.5米左右;52~55寸建议4米左右。当然实际观看效果还是要以个人感官为准。

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