水上漂流是一项跨越地域、文化和时代的古老游戏。可以说，只要你在水边，就能看到这个让石头在水面上弹跳的小游戏。不要小看这种看似耗时的消遣方式。很多人真的是玩水出了名。每年，世界各地都会举行正式的“水上游泳锦标赛”，看谁能让石头在水面上弹跳最多或最远。虽然只是一个小游戏，但背后的科学原理已经应用到很多领域。来看看玩水的科学吧！
00-1010俗话说：“站在巨人的肩膀上，才能看得更远。”如果你想知道如何打好水漂，最快的方法是参考那些失去生命的顶级球员。
目前，让石头在水面上弹跳次数最多的世界纪录是由美国人库尔特斯坦纳在2013年创造的，这个数字相当惊人。他能让石头在水面上弹跳88次！那就浪费了。你认为你远远落后于他吗？
世界纪录保持者库尔特斯坦纳失去了生命。图//Giphy如何演好水漂？库尔特斯坦纳也毫不吝惜地展示了他的秘密：
欲善其事，必先利其器。斯坦纳说，用来倒水的石头非常重要。个人认为比手掌略小的圆形平底鹅卵石最适合扔力度较大的石头(你最好尽力吸你的奶！)，为了弹跳。多次扔石头前，先让石头旋转，这样石头才能飞得稳。投石的角度要尽量与水面持平。大部分人用了斯坦纳的诀窍后，抛水成绩都有了明显的提高。当科学家们彻底研究这个问题时，他们发现斯坦纳的诀窍实际上呼应了科学原理。
00-1010，或者说为什么要把石头扔到水里，让石头在水面上不断的弹跳？需要考虑的因素很多，包括流体力学、牛顿力学、摩擦力、重力等。下面是简化的原理图和原理。
石头扔出去，由于重力逐渐下降，会撞到水面。根据牛顿第三运动定律，石头撞击水面，会把水推下去，水也会产生反作用力把石头推回去。这个反作用力是由石头对水施加的压力和石头与水的接触面积决定的。当这个反作用力超过石头的重量时，它可以将石头向上弹离水面。另外，因为石头的尾部会先碰到水面，所以水面会形成一个斜面，这个斜面会改变水对石头的反作用力，使石头斜向上弹，而不是垂直向上弹。
然后，每次弹跳都重复上述过程，但随着石头不断撞击水面，其动能会越来越小，直到撞击水面后的反应低于石头的重量，才会再次发生弹跳。
浮水示意图。u是石头对水的向下推力，F是水对石头的反作用力，S是石头和水的接触面积。图//物理学今天，根据理论计算并通过高速摄像机观察成功的水漂，科学家们获得了浪费水的四个关键因素：
速度弹跳的发生取决于石头撞击水面产生的反作用力，而这个反作用力取决于石头的动能。根据计算，只有当石头的初速度大于3.5 m/s时，产生的动能才足以使弹跳发生。石头的初速度越快，产生的动能越大，能产生的弹跳也就越多。为了让石头在水面上稳定地弹跳，需要让石头撞击水面时的姿态保持不变，而这可以通过给石头一个旋转力来实现，这就是所谓的陀螺仪效应。如果没有陀螺仪效应，石头与水面第一次碰撞后很可能会错开，这样就不会发生下一次的弹跳。固定轴陀螺仪。图//Wiki入射角石头与水面保持20度的夹角可以产生最大的弹跳，因为在这个角度入水时，石头与水面的撞击时间最短，能量损失最少。这一条很重要，因为不管你扔石头多快多快，只要角度不对，石头就不会在水面上弹跳。当研究人员使用高速摄像机拍摄斯坦纳的失败时，他们发现他投掷的角度约为20度。黄金入射角是20度。图//每日邮报在线圆形平底的石头可以获得最好的弹跳效果。圆形可以让石头的陀螺仪效应更稳定，而平底可以让石头与水有足够的接触面积，这样反作用力会最大。
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而这四个经过科学实验与计算后得到的关键因素，与 Steiner 公开的诀窍几乎一致。不过即使知道关键，甚至以此建立的专业打水漂机，目前最多也只能让石头弹跳 50 次，和 Steiner 的纪录相比，仍是相差不少。可见「师父领进门，修行在个人。」
水漂打得好，战争没烦恼
你可能会觉得研究打水漂这种消遣小游戏背后的原理没什么用，但事实上，打水漂的原理已多次应用在战场上，并立下汗马功劳。
早在 16 世纪，英国海军就发现将砲弹以够低的角度打在海面上，就能让砲弹在水面上弹跳，以此加大砲弹的射程。打水漂砲弹有时甚至能弹到敌舰的甲板上，对其造成毁灭性的打击，而这也成为英国海军的标準战法。
二次大战期间，英国人又再次将打水漂应用在战场上。
当时英国想摧毁德国的工业重镇——鲁尔工业区，以此斩断纳粹的武器供应。但英军始终无法突破德军的防守，以空袭的方式攻击鲁尔工业区。因此，英军将眼光转到鲁尔工业区上游，鲁尔河的三座水坝上。只要水坝一被打破，大量的水便会倾洩而出，顺着河流破坏下游的鲁尔工业区。
但想破坏水坝可没这么容易，水坝由厚实的混凝土建成，只有用重型水下炸弹或大型鱼雷直接命中水坝，才可能将其炸毁。德军当然也知道水坝是鲁尔工业区的命脉，因此布下密集的防空火砲和水下防鱼雷网，这让英军的轰炸机不仅无法在够近的距离投下炸弹，连想投放鱼雷进行攻击都做不到。正当英军一筹莫展之际，英国的一位工程师——巴恩斯，沃利斯在与孩子们玩打水漂时，从中获得灵感。
沃利斯运用打水漂的原理，设计出弹跳炸弹 (Bouncing Bomb)。这种该炸弹呈圆桶形，在投下之前会以一定的速度旋转。当炸弹投下后，便在水面上以弹跳的方式前进，越过水下的防鱼雷网，直接命中水坝。在对炸弹经过多次测试与调整后，英国空军决定于 1943 年 5 月 16 日晚间，施实代号名为「惩戒行动」的作战。这次行动，弹跳炸弹成功破坏了鲁尔河的两座水坝，而随后的大水对鲁尔工业区造成巨大的破坏。
水漂还能打上大气层？
如果你以为打水漂的原理只能用在水上，那真是看扁它了。事实上航太科学上也已应用该原理了。
当航太飞行器从外太空返回地球时，飞行器会与大气层摩擦产生高温，而这种高温对飞行器会造成巨大的伤害。要避免高温的伤害，让飞行器逐步降速进入大气层是一个不错的方法。当飞行器从外太空进入大气层时，大气层也会产生一个反作用将飞行器推回去。因此科学家们会让飞行器先在大气层先打打水漂，等飞行器的速度逐步降到安全範围后，再让飞行器进入大气层。如此不仅节省燃料，也能避免高温的伤害。而最近运用这个原理返回地球的航太飞行器，就是中国的嫦娥五号。
想不到看似简单的打水漂，竟然能延伸出这么多複杂的应用吧！其实不只打水漂，任何事只要我们研究的够深，常常都能在意想不到的地方让它开花结果。在我们的生活中也是如此，有时看似没用的兴趣，或许多下点功夫深入研究，也许有一天会给你意想不到的收穫！
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