你在冰面上奔跑,脚步打滑跑不快。
但是往冰面上撒点盐,增加点摩擦力,就能跑得飞快了。
既然冰上加盐能提高奔跑速度,那么往游泳池的水里加点佐料,会不会也能提高游泳速度?
现在有4个泳池,分别装着不同的液体,想要游得最快,你该选哪个泳池?
4个选项分别是:清水、牛奶、啤酒、可口可乐。
其实这个问题,早在300多年前,牛顿就跟朋友惠更斯讨论过了。
(牛顿,物理学家,提出万有引力定律,代表作《数学原理》。
惠更斯,物理学家,提出动量守恒原理,代表作《摆钟论》。)
牛顿认为游泳速度取决于液体的流动性,流动性也就是液体的粘度。
液体粘度越大,你的游泳速度越慢,所以在清水里的游泳速度最快。
粘度比水大的液体,包括牛奶、啤酒、糖水都会降低你的运动速度,但是,惠更斯不同意牛顿的观点。
惠更斯认为,在粘度更大的糖水里游泳,虽然摩擦力更大,但是你划水时,抡起来的胳膊受到的反作用力也更大。
因为是反作用力推动你前进,所以在糖水里,摩擦力和推力相互抵消,你的游泳速度应该保持不变。
听起来两种说法都有道理,那么谁说得对呢?
我们先来看一个实验。
实验准备两个游泳池,一个是清水池,另一个是糖浆池。
工作人员往池子里灌注糖浆,瓶子里是枫糖糖浆,看上去像蜂蜜,有点黏稠。
参试者出场,先在清水池里计时游3圈,再换到糖浆池。
选手很兴奋,游泳时的动作幅度很大,水花四溅。
游完3圈清水池,一共花了28秒。
现在换到糖浆池子里游3圈。
看得出来,选手在糖浆池里游泳很吃力,划水时的动作幅度明显减小。
测试完成,游完3圈糖浆池计时51秒。
糖浆池里游泳速度比清水池更慢,实验证明牛顿说得对。
不过,先等一下,这次测试用的糖浆太黏稠了,像胶水一样粘住了游泳选手,他就游不动了。
如果把池子里的糖浆换成粘度更低的糖水,会不会得到其他答案?
我们来看另一个实验。
这次准备得更充分。
先挖掘一条22米长的泳道。
再铺上隔水塑料层。
接着充水进泳池。
下一步是调配泳池里的液体。
因为泳池里水量很大,如果用白糖调配糖水的话,花销太高。
于是,团队换成用瓜尔胶调配。
瓜尔胶是常见的增稠剂,方便面里就有。
调制好的液体,粘度为清水的2倍。
参试选手进场,他采用自由泳的泳姿,游完全程,计时为14.02秒。
这个速度,居然比他上次在清水里的速度更快。
选手一共测试3次,计算平均值。
清水里游泳也测试3次,取平均值。
测试结果,在2倍粘度的糖水里,选手游泳速度,比清水速度慢了2.8%。
相差不到半秒钟,两者的差距可以忽略不计。
在糖水里游泳,花费的力气比清水里更大,但是速度却没有降低。
这次实验证明,惠更斯说得对。
实验继续进行,再次增加瓜尔胶,把液体的粘度调配到水粘度的4倍。
现在,泳道里水更浑浊了,摸上去的手感,有点像鼻涕。
选手在4倍粘度的糖水里游泳,感觉更吃力。
游完全程花费了19.18秒,比清水里的速度慢了28%。
2倍粘度液体不影响游泳速度,但是4倍粘度却不行。
视频里的糖水游泳测试,复刻了2004年的一项研究。
当时,研究团队请了16名选手,其中既有普通游泳者,也有专业游泳队员。
选手们采用不同姿势的泳姿,分别在清水和2倍粘度的糖水里进行测试。
实验结果,无论蝶泳,还是蛙泳,在两种液体里的游泳速度,差别都在4%之内。
数据证明2倍粘度的糖水,既不会提高游泳速度,也不会降低游泳速度。
糖水游泳的研究,获得了2005年搞笑诺贝尔奖的化学奖。
300多年前,牛顿和惠更斯争论的问题,终于得到了实验数据的有力支持。
最后,我们回到文章开头的问题,4种不同液体的泳池,想要游得快,该选哪一个?
清水游泳速度最快,不过,清水不是问题的唯一答案。
除了清水之外,啤酒也是本题的正确答案。
啤酒粘度是2倍水粘度,跟实验中的稀糖水差不多,既不能提高速度,也不会降低速度。
牛奶粘度是3倍水粘度,在牛奶里游泳,比在稀糖水里游泳更费力,会降低你的速度,不能选。
可乐的粘度为20倍水粘度,比实验中的浓糖水粘度更高。
可乐只会粘住你的胳膊腿,大大拖累你的游泳速度,更加不能选。
4个泳池选项,在清水和啤酒里游泳,速度最快,你选对了吗?
好了,在糖水里游泳的秘密先聊到这儿。
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参考资料:
1、Will humans swim faster or slower in syrup?