一、研究背景
2024年7月，第33届夏季奥林匹克运动会在巴黎盛大举办，中国跳水队在女子10米跳台项目中，陈芋汐和全红婵成功包揽了单人项目的金银牌，并且还获得了双人10米跳台冠军。评价跳水成绩时，水花的大小是一个重要的参考指标。跳水运动中的“水花消失术”是指运动员在入水时尽量减少水花的产生，这不仅是技术上的挑战，也是评价跳水成绩的一个重要标准。
二、提出科学假说
1、跳水运动员为什么总是垂直入水，并伸直手臂？
2、跳水运动员为什么较其他运动员身材娇小？
带着这些疑问，我做了一个小实验来证实它的科学原理。
三、实验设计和过程
1、物品的准备
为了模拟跳水运动员的不同重量和入水接触面积，我使用了7块质量和体积相同的长、宽、高均为1cm的正方体小木块。分别使用1块、2块和4块小木块进行黏贴形成3种组合，标记为木块1组、木块2组和木块3组。同样地，我也分别制作了3块与木块1组、木块2组、木块3组体积相同的轻泥块，标记为轻泥1组、轻泥2组和轻泥3组。并且准备了测量卷尺、装了水的盆子、高精度电子称、相机。如下图所示。
木块和轻泥
高精度电子秤
卷尺
装了水的盆子
相机
2、测量指标
(1) 测量3组木块和轻泥不同的落水接触面积所产生的水花高度。
(2) 测量3组木块和轻泥不同的落水高度所产生的水花高度。
(3) 测量3组木块和轻泥不同重量所产生的水花高度。
3、实验步骤
分别将木块1组、木块2组、木块3组和轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组在距水面高度从100cm至10cm每隔10cm依次递减从高处自由落下并避免物体翻滚，使用相机快速拍下并记录每组物体每个高度落水所溅起的最高水花高度。为避免实验出现的偶然性，我们将同一实验数据均测量3次，分别取平均值，如下图所示。
(1) 起始位置100cm高度从左到右，分别为木块1组、木块2组、木块3组
(2) 起始位置100cm高度从左到右，分别为轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组
(3) 从100cm高度落水，从左到右分别为木块1组、木块2组、木块3组的水花高度。
木块组100cm落水高度3次测量水花高度表
(4) 从100cm高度落水，从左到右分别为轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组的水花高度。
轻泥组100cm落水高度3次测量水花高度表
下面是我们实验过程的视频补充：
(1) 木块1组在100cm高度落水过程。
(2) 木块2组在100cm高度落水过程。
(3) 木块3组在100cm高度落水过程。
(4) 轻泥1组在100cm高度落水过程。
(5) 轻泥2组在100cm高度落水过程。
(6) 轻泥3组在100cm高度落水过程。
其他90~10cm高度落水的木块1组、木块2组、木块3组和轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组的实验方法同上。
四、实验结果
经过了不间断的测量和记录我们汇总得到了下面的6组3次测量的平均值数据并使用Excel绘制成表格。
五、数据统计
根据表格的数据我请教了爸爸，并一起使用R语言统计学软件(R 4.3.1版本),用到的R包有ggbeeswarm、ggplot2，并对数据进行统计并绘图分析。
1、R语言统计软件
2、使用R语言软件绘制了6组在不同高度所测量的水花高度带误差棒和散点的柱状图。从左到右分别是木块1组、木块2组、木块3组、轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组，如下图所示。
3、绘制了6组在不同高度所测量的水花高度圈图，圆圈的大小表示落水的高度。从左到右分别是木块1组、木块2组、木块3组、轻泥1组、轻泥2组、轻泥3组，如下图所示。
六、实验结果分析
1、我们从上面的统计图中可以发现木块1组、木块2组、木块3组所溅起的平均水花高度依次升高，说明了物体与水面的接触面越大所溅起的水花越高，相同物体落水高度越高所溅起的水花也越高。轻泥组也是如此。
2、左边的木块1~3组整体水花高度要高于右侧轻泥1~3组，说明了一样体积的物体，重量大的所溅起的水花要高于重量小的物体。
七、实验结论
这个科学实验验证了跳水运动员为了减小落水水花从而获得好成绩的科学原理。
1、从实验中我们证实了跳水运动员相比其他运动员往往比较瘦小，这是为了减轻身体的重量。
2、跳水运动员在落水时与水面呈90度和伸直手接触水面，这是为了减少与水面的接触面积。