你在冰面上奔跑,腳步打滑跑不快。
但是往冰面上撒點鹽,增加點摩擦力,就能跑得飛快了。
既然冰上加鹽能提高奔跑速度,那麽往遊泳池的水裏加點佐料,會不會也能提高遊泳速度?
現在有4個泳池,分別裝著不同的液體,想要遊得最快,你該選哪個泳池?
4 個選項分別是:清水、牛奶、啤酒、可口可樂。
其實這個問題,早在300多年前,牛頓就跟朋友惠更斯討論過了。
(牛頓,物理學家,提出萬有重力定律,代表作【數學原理】。
惠更斯,物理學家,提出動量守恒原理,代表作【擺鐘論】。)
牛頓認為遊泳速度取決於液體的流動性,流動性也就是液體的粘度。
液體粘度越大,你的遊泳速度越慢,所以在清水裏的遊泳速度最快。
粘度比水大的液體,包括牛奶、啤酒、糖水都會降低你的運動速度,但是,惠更斯不同意牛頓的觀點。
惠更斯認為,在粘度更大的糖水裏遊泳,雖然摩擦力更大,但是你劃水時,掄起來的胳膊受到的反作用力也更大。
因為是反作用力推動你前進,所以在糖水裏,摩擦力和推力相互抵消,你的遊泳速度應該保持不變。
聽起來兩種說法都有道理,那麽誰說得對呢?
我們先來看一個實驗。
實驗準備兩個遊泳池,一個是清水池,另一個是糖漿池。
工作人員往池子裏灌註糖漿,瓶子裏是楓糖糖漿,看上去像蜂蜜,有點黏稠。
參試者出場,先在清水池裏計時遊3圈,再換到糖漿池。
選手很興奮,遊泳時的動作振幅很大,水花四濺。
遊完3圈清水池,一共花了28秒。
現在換到糖漿池子裏遊3圈。
看得出來,選手在糖漿池裏遊泳很吃力,劃水時的動作振幅明顯減小。
測試完成,遊完3圈糖漿池計時51秒。
糖漿池裏遊泳速度比清水池更慢,實驗證明牛頓說得對。
不過,先等一下,這次測試用的糖漿太黏稠了,像膠水一樣粘住了遊泳選手,他就遊不動了。
如果把池子裏的糖漿換成粘度更低的糖水,會不會得到其他答案?
我們來看另一個實驗。
這次準備得更充分。
先挖掘一條22公尺長的泳道。
再鋪上隔水塑膠層。
接著充水進泳池。
下一步是調配泳池裏的液體。
因為泳池裏水量很大,如果用白糖調配糖水的話,花銷太高。
於是,團隊換成用瓜爾膠調配。
瓜爾膠是常見的增稠劑,泡麵裏就有。
調變好的液體,粘度為清水的2倍。
參試選手進場,他采用捷泳的泳姿,遊完全程,計時為14.02秒。
這個速度,居然比他上次在清水裏的速度更快。
選手一共測試3次,計算平均值。
清水裏遊泳也測試3次,取平均值。
測試結果,在2倍粘度的糖水裏,選手遊泳速度,比清水速度慢了2.8%。
相差不到半秒鐘,兩者的差距可以忽略不計。
在糖水裏遊泳,花費的力氣比清水裏更大,但是速度卻沒有降低。
這次實驗證明,惠更斯說得對。
實驗繼續進行,再次增加瓜爾膠,把液體的粘度調配到水粘度的4倍。
現在,泳道裏水更渾濁了,摸上去的手感,有點像鼻涕。
選手在4倍粘度的糖水裏遊泳,感覺更吃力。
遊完全程花費了19.18秒,比清水裏的速度慢了28%。
2 倍粘度液體不影響遊泳速度,但是4倍粘度卻不行。
視訊裏的糖水遊泳測試,復刻了2004年的一項研究。
當時,研究團隊請了16名選手,其中既有普通遊泳者,也有專業遊泳隊員。
選手們采用不同姿勢的泳姿,分別在清水和2倍粘度的糖水裏進行測試。
實驗結果,無論蝶式,還是蛙式,在兩種液體裏的遊泳速度,差別都在4%之內。
數據證明2倍粘度的糖水,既不會提高遊泳速度,也不會降低遊泳速度。
糖水遊泳的研究,獲得了2005年搞笑諾貝爾獎的化學獎。
300多年前,牛頓和惠更斯爭論的問題,終於得到了實驗數據的有力支持。
最後,我們回到文章開頭的問題,4種不同液體的泳池,想要遊得快,該選哪一個?
清水遊泳速度最快,不過,清水不是問題的唯一答案。
除了清水之外,啤酒也是本題的正確答案。
啤酒粘度是2倍水粘度,跟實驗中的稀糖水差不多,既不能提高速度,也不會降低速度。
牛奶粘度是3倍水粘度,在牛奶裏遊泳,比在稀糖水裏遊泳更費力,會降低你的速度,不能選。
可樂的粘度為20倍水粘度,比實驗中的濃糖水粘度更高。
可樂只會粘住你的胳膊腿,大大拖累你的遊泳速度,更加不能選。
4個泳池選項,在清水和啤酒裏遊泳,速度最快,你選對了嗎?
好了,在糖水裏遊泳的秘密先聊到這兒。
下一集,我們接著講搞笑諾貝爾獎背後,那些引人思考的故事。
關註法蘭西is培根,為你講解自然界的秘密,下集見。
參考資料:
1、Will humans swim faster or slower in syrup?