“水花消失术”秘密的探究
【研究缘起】
在2024年巴黎奥运会上,全红婵获得了跳水金牌,向大家展示了极高的跳水本领——水花消失术。怎样的入水姿势才能使水花更小呢,让我们一起来探究其中的秘密吧。
【提出问题】
怎样掉落水花会更少呢?我搜了一些视频,发现以前跳水运动员都是双手合拢呈三角形的姿势下水,这样水就沿着手的边缘流上来,同时水也被压到两边,水花相对还是比较多,但已经是当时水花最少的方案了。经过人们不断的研究,把姿势改为“一只手握另一只手的正方形,”入水的时候水花沿着手臂直线往上,最后水花就消失了。
一只手握另一只手的入水姿势比双手合拢呈三角形的姿势掉落水花少吗?
【研究过程】
我想验证这种说法是否准确,我找了不同形状的物体进行了实验,分别是圆柱体、三角柱、正方体、长方体,哪种形状的水花溅出来最少呢?我猜想是正方体。我觉得物体的大小、质量,都会影响水花的多少,所以我找来了大小接近而且都是木质的物体。
跳水比赛时,裁判是用肉眼和视频去判断水花的多少并给出评分。可是,我试了试,我的肉眼压根捕捉不到水花的大小,即便加入了红墨水也看不清楚,该怎么办呢?这时候爸爸给了我一个建议,如果把溅出去的水花收集起来是不是就可以判断水花的大小了?真是个好办法!
我找来了杯子和一个比杯子大好几圈的水盆进行实验。开始时,我发现物体掉进杯子里会被卡住,而且水盆的高度不够,水会溅到外面去。(图1、图2)后来换成了小碗和大水壶(图3),试了一下,水花不会溅出去,能被收集过来了,物体也不会被卡住,正好符合实验要求。
实验一:不同形状的物体掉落水中渐起的水花谁多谁少?
【实验材料】:圆柱体、三角柱、正方体、长方体木质物体、碗、水壶、尺子、不同量程的注射器、搭高度圆柱体
图1 图2 图3
【实验步骤】:
实验开始,先试试1号选手圆柱体,我搭了一个柱子确保每个物体入水高度是一样的,再用尺子把每一个物体搭到水中心再放下去。每一个物体测3次。“啪”的一声,圆柱体掉入水中,我觉得溅起的水花不是很大,我用针管把水抽出来,测量只有2.3毫升。第二次,圆柱体掉了下去,这次的水花比之前的更少,只有1.6毫升。第三次,水花格外得大,不知道是我扔得太旁边了碰到了还是其它方面得影响,水花足足有5.4毫升。每一个物体我都照样测三次。
【实验结论】:
我把每个物体的结果取了平均值,得出圆柱体第一,平均分3.7,正方体最后一名,平均分55,这个结果让我太惊讶了,第一和第四相差了51.3,我以为水花最小的正方体居然是第4名。
不同形状物体掉落水中溅出的水量
我认为这个结果不是很准确,因为正方体的重量相对比较重,体积也大一些。
实验二:不同体积的物体掉落水中溅起水花的量一样吗?
不同体积的长方体掉落水中溅起水花的量比较
为了验证物体体积与水花大小的关系,我准备了体积不同的三个长方体方体,用和上面相同的测量方法,分别进行三次测验。我发现体积最大的长方体方体果然水花最大,平均有55.5毫升,而最小的长方体获得了第一,只有6.2毫升。
【实验结论】:
不同体积的长方体掉落水中溅起水花的量不同。
体积小的长方体溅起水花的量较小;体积大的长方体溅起水花的量较大。
实验三:相同直径、相同重量的木质陀螺和扁蜡烛溅出水量对比
为了模仿跳水运动员的姿势,我们最终选择相同直径、相同重量的木质陀螺和一个扁的蜡烛(电子秤测量都为8g),一个近似圆锥体,一个近似圆柱体,正如以前的入水姿势和当前的入水姿势。
木质陀螺水花 扁蜡烛水花
相同直径、相同重量的木质陀螺和扁蜡烛溅出水量
一边测量我还一边进行观察和记录,每一次的溅出水量都相差比较大,我觉得是因为入水姿势的不同导致的。训练多次以后,我的动作稳定后,测量的结果也比较相近了。我发现陀螺的水花相对比较大,扁平蜡烛出现了另人想不到的一幕:水花几乎消失了!经测量,陀螺溅出的平均水量是11.9毫升,蜡烛溅出的平均水量是8.5毫升。
【实验结论】:
相同直径、相同重量的木质陀螺比扁蜡烛溅出的水量多。
木质陀螺水花相对多很多,扁蜡烛溅出的水量非常的少,实现了“水花消失术”。
【收获与感受】:
多次的实验探索,让我对专家们提出的握手式入水姿势有了更深刻的了解。原来,我原本不赞同的“一只手握着另一只手”的入水方式真的可以减少水花,真的太神奇了!“实践是检验真理的唯一标准!”科学探索永无止境,让我们一起行走在探索科学的道路之上吧!