哎呀！他的魚雷跳過我的防線啦！——打水漂的原理與應用

沃利斯運用打水漂的原理，設計出彈跳炸彈(Bouncing Bomb)。

這種該炸彈呈圓桶形，在投下之前會以一定的速度旋轉。

當炸彈投下後，便在水面上以彈跳 ... 0112文字分享友善列印0112活得科學編輯精選萬物之理哎呀！他的魚雷跳過我的防線啦！——打水漂的原理與應用羅夏・2021/07/30・3505字・閱讀時間約7分鐘＋追蹤打水漂是一個跨越地域、文化和時代的古老遊戲，可以說只要在靠近水邊的地方，就能看到這種讓石子在水面上彈跳的小遊戲。

千萬別小看這個看起來只是殺時間的消遣，不少人還真的靠打水漂玩出名堂，每年在世界各地都會舉辦正式的「打水漂錦標賽」，看誰能讓石子在水面上彈跳最多次，或者彈跳最遠。

打水漂雖然只是個小遊戲，但它背後的科學原理其實已應用到許多領域，接下來讓我們一起看看，打水漂的科學吧！如何打好水漂，先問問世界冠軍吧！俗話說：「站在巨人的肩膀上，能看得更遠。

」要想知道怎麼打好水漂，參考打水漂的頂尖高手是最快的。

目前能讓石子在水面上彈跳最多次的世界紀錄，由美國人KurtSteiner在2013年創下，而這個次數頗為驚人，他能讓石頭在水面上彈跳88次！會打水漂的你是否覺得自己跟他差得遠了？世界紀錄保持人KurtSteiner打水漂的英姿。

圖／Giphy那要如何打好水漂呢？KurtSteiner也毫不吝嗇地公開自己的訣竅：工欲善必先利其器，Steiner表示打水漂用的石頭非常重要。

他個人認為比手掌略小的圓形平底鵝卵石最適合投出石頭的力量要大(最好使出吃奶的力氣！)，才能彈跳多次投出石頭前，要先讓石頭旋轉，如此石頭才能穩定地飛行投出石頭的角度盡量與水面貼平大部分人在使用Steiner的訣竅後，打水漂的成績都有顯著提升。

而當科學家深入研究打水漂後，就發現Steiner的訣竅其實與科學原理相呼應。

打水漂的科學原理打水漂，或者說為什麼將石頭丟向水面，能讓石頭在水面上不斷地彈跳呢？這其中需要考慮的因素非常多，從流體力學、牛頓力學、摩擦力、重力等都有涉及，下面是簡化後的示意與原理。

當石頭被投出時，它會因地心引力逐漸下降而撞擊到水面。

根據牛頓第三運動定律，當石頭撞擊水面時會將水往下推，而水也會產生一個反作用力將石頭向上推回去。

這個反作用力由石頭對水產生的壓力與石頭和水的接觸面積所決定，當這個反作用力超過石頭的重量時，就能將石頭向上彈離水面。

另外由於石頭的尾部會先撞擊水面，讓水面會形成一個斜面，而這個斜面會改變水對石頭的反作用力，讓石頭傾斜地向上彈跳，而非垂直彈跳。

隨後每一次彈跳都是重複上面的過程，只是隨著石頭不斷撞擊水面，其動能會越來越小，直到撞擊水面後產生的反作用低於石頭的重量時，彈跳便不再發生。

打水漂的示意圖。

U是石頭對水的向下推力，F是水對石頭產生的反作用力，S是石頭與水的接觸面積。

圖／PhysicsToday而科學家根據理論計算，並透過高速攝影機觀察成功的水漂後，得出了四個打水漂的關鍵因素：速度彈跳的發生仰賴石頭撞擊水面後產生的反作用力，而這個反作用力取決於石頭的動能。

根據計算，只有當丟出石頭時的初速度超過3.5m/s，產生的動能才足夠讓彈跳發生。

而石頭的初速度越快，產生的動能也越大，能產生的彈跳才會越多。

石頭轉速要想讓石頭能穩定地在水面上彈跳，就必須讓石頭在撞擊水面時的姿勢保持不變，而這可以藉由賦予石頭一個自旋的力量達成，這被稱為陀螺儀效應。

如果沒有陀螺儀效應，石頭很可能在第一次與水面撞擊後就東倒西歪，如此就不會產生下一次彈跳了。

定軸陀螺儀。

圖／Wiki入射角度石頭和水面撞擊保持20度的夾角能產生最多次的彈跳，因為在這個角度入水時，石頭和水面的撞擊時間最短，損失的能量最少。

這一條非常關鍵，因為不管你丟石頭的速度多快、轉速多高，只要角度不對，石頭就不會在水面上彈跳。

研究人員在用高速攝影機拍攝Steiner打水漂時，發現他投出的角度也是在20度左右。

打水漂的黃金入射角20度。

圖／DailyMailOnline石頭形狀圓形平底的石頭能獲得彈跳效果最好。

圓形能讓石頭的陀螺儀效應更穩定，而平底讓石頭與水有足夠的接觸面積，如此產生的反作用力會最大。

圓形扁平的鵝卵石最適合打水漂。

圖／Amazon而這四個經過科學實驗與計算後得到的關鍵因素，與Steiner公開的訣竅幾乎一致。

不過即使知道關鍵，甚至以此建立的專業打水漂機，目前最多也只能讓石頭彈跳50次，和Steiner的紀錄相比，仍是相差不少。

可見「師父領進門，修行在個人。

」水漂打得好，戰爭沒煩惱你可能會覺得研究打水漂這種消遣小遊戲背後的原理沒什麼用，但事實上，打水漂的原理已多次應用在戰場上，並立下汗馬功勞。

早在16世紀，英國海軍就發現將砲彈以夠低的角度打在海面上，就能讓砲彈在水面上彈跳，以此加大砲彈的射程。

打水漂砲彈有時甚至能彈到敵艦的甲板上，對其造成毀滅性的打擊，而這也成為英國海軍的標準戰法。

二次大戰期間，英國人又再次將打水漂應用在戰場上。

當時英國想摧毀德國的工業重鎮——魯爾工業區，以此斬斷納粹的武器供應。

但英軍始終無法突破德軍的防守，以空襲的方式攻擊魯爾工業區。

因此，英軍將眼光轉到魯爾工業區上游，魯爾河的三座水壩上。

只要水壩一被打破，大量的水便會傾洩而出，順著河流破壞下游的魯爾工業區。

水壩潰堤，傾瀉而出的水。

圖／Giphy但想破壞水壩可沒這麼容易，水壩由厚實的混凝土建成，只有用重型水下炸彈或大型魚雷直接命中水壩，才可能將其炸毀。

德軍當然也知道水壩是魯爾工業區的命脈，因此佈下密集的防空火砲和水下防魚雷網，這讓英軍的轟炸機不僅無法在夠近的距離投下炸彈，連想投放魚雷進行攻擊都做不到。

正當英軍一籌莫展之際，英國的一位工程師——巴恩斯，沃利斯在與孩子們玩打水漂時，從中獲得靈感。

沃利斯運用打水漂的原理，設計出彈跳炸彈(BouncingBomb)。

這種該炸彈呈圓桶形，在投下之前會以一定的速度旋轉。

當炸彈投下後，便在水面上以彈跳的方式前進，越過水下的防魚雷網，直接命中水壩。

在對炸彈經過多次測試與調整後，英國空軍決定於1943年5月16日晚間，施實代號名為「懲戒行動」的作戰。

這次行動，彈跳炸彈成功破壞了魯爾河的兩座水壩，而隨後的大水對魯爾工業區造成巨大的破壞。

彈跳炸彈示意圖。

圖／Wiki水漂還能打上大氣層？如果你以為打水漂的原理只能用在水上，那真是看扁它了。

事實上航太科學上也已應用該原理了。

當航太飛行器從外太空返回地球時，飛行器會與大氣層摩擦產生高溫，而這種高溫對飛行器會造成巨大的傷害。

要避免高溫的傷害，讓飛行器逐步降速進入大氣層是一個不錯的方法。

當飛行器從外太空進入大氣層時，大氣層也會產生一個反作用將飛行器推回去。

因此科學家們會讓飛行器先在大氣層先打打水漂，等飛行器的速度逐步降到安全範圍後，再讓飛行器進入大氣層。

如此不僅節省燃料，也能避免高溫的傷害。

而最近運用這個原理返回地球的航太飛行器，就是中國的嫦娥五號。

航太飛行器返回地球時，應用打水漂原理來降速的示意圖。

圖/ScientistsrevealhowStoneSkippingTechniquescanprogressReentryofLandingAircraft想不到看似簡單的打水漂，竟然能延伸出這麼多複雜的應用吧！其實不只打水漂，任何事只要我們研究的夠深，常常都能在意想不到的地方讓它開花結果。

在我們的生活中也是如此，有時看似沒用的興趣，或許多下點功夫深入研究，也許有一天會給你意想不到的收穫！參考資料StoneSkippingClanet,C.,F.Hersen,andL.Bocquet.Secretsofsuccessfulstone-skipping.Nature,v.427,Jan.1,2004:29ROSELLINI,L.,HERSEN,F.,CLANET,C.,&BOCQUET,L.(2005).Skippingstones.JournalofFluidMechanics,543,137-146Truscott,T.T.,Belden,J.&Hurd,R.Water-skippingstonesandspheres.PhysicsToday,67,12,70.December2014.CharlesF.Babbs.StoneSkippingPhysics.Purduee-PubsWhatthephysicsofskippingstonescantellusaboutaircraftwaterlandings彈跳炸彈懲戒行動俄烏開戰！俄國科學家連署「要求國家和平」用來篩檢確診者的CT值大小，是否與病情輕重和死亡率有關？各國意識抬頭，太空碎片帶來的災難有多嚴重？當你談戀愛時，大腦發生什麼事？科研遇欺凌，女性為何忍？ 相關標籤：定軸陀螺儀彈跳炸彈懲戒行動打水漂牛頓第三運動定律航太飛行器熱門標籤：大麻NASA女科學家量子力學CT值文章難易度剛好太難所有討論0登入與大家一起討論羅夏52篇文章・281位粉絲＋追蹤同樣的墨跡，每個人都看到不同的意象，也都呈現不同心理狀態。

人生也是如此，沒有一人會體驗和看到一樣的事物。

因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟RELATED相關文章小孩常生病是缺乏免疫力？父母必聽的育兒保健聖經feat.張簡晴瑩醫師【科科聊聊EP81】早上起床是晴是雨，竟會影響一整天工作滿意度？對抗大腸直腸癌，搭配個人化精準醫療將提升治療成效AI戰警出動——抓出惡意程式，資訊安全有保障！TRENDING熱門討論即時熱門815全台大停電，你搞清楚發生什麼事了嗎？314小時前早上起床是晴是雨，竟會影響一整天工作滿意度？11天前極權國家網軍來襲！「資訊獨裁」的雙重手法：網路審查x散播假消息41天前讓「帶著顯微鏡闖蕩異世界」變成可能！從bench到口袋，uHandy行動顯微鏡是如何煉成的？12天前國際太空站與它的繼承者們——淺談近地軌道商業服務的歷史52022/02/24料理系動畫頂級湯底素材！——海鮮乾貨超濃郁鮮味從何而來？52022/02/24如果人類的祖先是猴子，為什麼我們沒有尾巴？52022/02/25開膛剖腹、掰出肋骨把肋骨變成翅膀甘有影？——維京「血鷹」儀式的真實性42022/02/10000文字分享友善列印000Promo健康養生活得科學醫療健康小孩常生病是缺乏免疫力？父母必聽的育兒保健聖經feat.張簡晴瑩醫師【科科聊聊EP81】鳥苷三磷酸(PanSciPromo)・2022/03/03・3449字・閱讀時間約7分鐘＋追蹤泛泛泛科學Podcast這裡聽：本節目由親子育兒的一萬道題目贊助，泛科學獨立製作。

身為爸媽的你，總為天天生病的小孩感到焦頭爛額？根據長庚兒童醫院的統計，台灣六歲以下的孩子，一年約感冒十～十二次，讓帶孩子看病成為父母的「必修課」。

台灣一年四季都盛行傳染病，讓免疫系統尚不健全的幼兒較無「防衛機制」，因此天下父母們該如何提升幼兒的免疫力？怎麼選擇保健食品，對提升嬰幼兒免疫力最有幫助？本集節目，我們邀請禾馨婦幼診所小兒科的張簡晴瑩醫師為我們解惑，為小孩創造一個健康的童年！圖／禾馨怡仁婦幼中心小兒科主治醫師張簡晴瑩，曾任職台大醫院兒科部總醫師、住院醫師，專業範圍含括兒童感冒、氣喘、鼻子及皮膚過敏、異位性皮膚炎、成人耳鼻喉科治療、久咳、風濕免疫疾病。

00:55小孩2到3週就生病很正常晴晴醫師提及常見的病毒包含：上呼吸道的鼻病毒、腺病毒，腸胃道的輪狀或諾羅病毒。

而我們認定的感冒（CommonCold）最常見的即是鼻病毒造成，徵狀為流鼻水、咳嗽、感覺疲憊。

當人們每次生病時，都有助免疫系統形成抗體，隨年齡增長，身體便越會對病毒有「免疫力」，然而對於免疫系統發展不成熟的嬰幼兒，平均2至3週生病一次其實很正常。

另外，，也因人們對COVID-19等新型病毒缺乏「免疫力」，才會有較嚴重發炎反應讓疫情肆虐。

延伸閱讀：強化免疫力抵抗疫情，多攝取維生素C有用嗎？該怎麼吃比較好？05:38培養免疫力為何很重要？由於嬰幼兒缺乏免疫力，加上身體器官未成熟，生病時容易產生強烈的臨床反應，例如：感冒的黃濃鼻涕讓呼吸道阻塞，導致食慾、活動力下降，或腸胃炎時也需較長的復原時間。

然而，晴晴醫師表示，現今醫學界有更多證據顯示，應讓嬰幼兒培養身體的免疫系統。

因此，感冒時多喝熱水、或緩解症狀的藥水，讓嬰幼兒建立免疫力，而非必定需要服用藥物。

若發生較嚴重的細菌感染，如造成中耳炎、鼻竇炎、肺炎等，才較需要就醫治療。

09:37別讓看診像拜拜「求心安」晴晴醫師鼓勵家長如對嬰幼兒的病症有疑慮時，仍可以帶小孩去看診，由醫師判斷是否需服用藥物，也希望家長能提供小孩的食慾、活動力、精神是否異常的資訊，幫助醫生了解狀況。

雙方建立起好的醫病關係，才能避免「看診像拜拜求個心安」，把嬰幼兒的身體狀況確實記錄，也有助於了解他們的健康狀況，而並非生病才面對處理。

嬰幼兒缺乏免疫力，加上身體器官未成熟，生病時容易產生強烈的臨床反應。

圖／Pixabay12:13被動與主動免疫從何而來？當胎兒仍在母親子宮內時，能獲得部分來自母體的免疫力，但嬰幼兒出生6至8個月後，這些被動免疫（PassiveImmunity）就會逐漸消耗殆盡，因此嬰幼兒得以靠母乳、後天免疫細胞，逐漸培養起自己的主動免疫（ActiveImmunity）。

因此，嬰幼兒在6至8個月時也容易生病，若較常出入托嬰中心等較複雜的環境，生病次數會更頻繁，直至1、2年後免疫系統建立完善，身體狀況也會有所好轉。

延伸閱讀：養出寶寶的免疫力！HMO母乳寡糖與核苷酸是母乳保護力的關鍵14:40幼兒會虛胖因為挑食不吃肉小孩除飲食多樣化之外，晴晴醫師提及如鋅（Zn）等微量元素的攝取，對於抑制病毒複製，提升免疫力也很有幫助。

她在看診時，會根據幼兒的身體狀況，配合營養師給予飲食建議。

她也觀察到，幼兒進入1歲左右，應將主食由配方奶轉往主食，但由於幼兒牙齒發展不完全，會排斥吃肉等較難咀嚼的食物，讓家長為求方便仍常以餵食配方奶為主，導致肌肉組成不理想而虛胖，因此會建議家長在每日第一餐，仍讓幼兒吃有營養的主食，才不會影響發育。

19:48保健食品的三大選擇要點除了正餐之外，保健食品也是嬰幼兒攝取營養的一種選擇。

然而市面上保健食品繁多，晴晴醫師建議要確認產品是否具國內的健康食品認證，再來要確認內容物，對嬰幼兒是否確實有益處，像是取自藻類活性萃取物的藻精蛋白保健品，即具有天然抗氧化成分，能抑制病毒進入細胞，有效提升嬰幼兒的免疫力。

最後，營養品本身口感，以及是否具有粉狀、錠狀、滴劑、粉狀等多種樣態，能讓家長依據嬰幼兒不同的年齡階段、飲食狀態做選擇也十分重要。

延伸閱讀：營養真的缺很大？！服用保健食品前請詳閱公開說明書且慢，功效可不能隨便講！健康食品的「正名」之路21:10如何挑選藻精蛋白與提升免疫力？許多研究中皆發現藻精蛋白具有抗病毒、調節免疫力等功效，但並非市面所有產品皆「合格」。

購買此類保健食品時，必須嚴謹挑選其培養的來源，是否具有微囊藻毒與重金屬的檢驗，才可驗證其原料螺旋藻的生長環境，經過嚴格的條件監控。

另外，生產過程也須把關，可注意產品包裝，是否具有HACCP、ISO22000驗證，以及其製造藥廠是否符合PIC/SGMP國際PIC/SGMP製藥標準。

藻精蛋白在萃取的過程，需採用低溫萃取的技術，才能保留完整多醣結構與活性成分，因此可查看產品標示的藻膽蛋白、含硫多醣體、寡肽、SOD等活性成分的含量檢驗，確認產品是否為「真貨」。

此外，也建議消費者選擇有取得國家專利認證與國立大學醫學院進行功效實驗證明的產品，才對提升嬰幼兒的免疫力有所保障。

延伸閱讀：藻精蛋白如何抑制病毒？25:22小兒科病患減少因為COVID-19晴晴醫師表示，食用保健食品兩三週後，應就可從嬰幼兒的健康狀況判斷產品是否有效。

除了攝取保健食品之外，培養勤洗手、戴口罩的衛生觀念也很重要，尤其在COVID-19疫情當前的今日，醫師也建議可從嬰幼兒6、7個月大時，開始訓練他們戴口罩。

她也觀察到，疫情後小兒科門診病患減少，源於家長擔憂醫院病菌多，較少帶孩童去看病，加上現在家庭衛生觀念良好，都會戴口罩、勤洗手及定期消毒，皆是預防孩童接觸病菌而生病的方式。

延伸閱讀：在病毒肆虐的世界裡，戒除壞習慣打造自己免疫金鐘罩！27:53如何讓「免疫力蹺蹺板」維持平衡？晴晴醫師形容免疫力像「蹺蹺板」，太活躍會導致自體免疫性疾病、過敏等問題，太過低落又容易感冒，因此保持良好生活起居，攝取營養食品，皆是維持免疫力的不二法則。

她也提及，讓幼童減少生病機率的關鍵，除了從蔬菜水果、保健食品攝取微量元素之外，適量運動、多曬太陽，有助於穩定免疫系統。

延伸閱讀：三分鐘了解免疫系統怎麼對抗外來敵軍31:00醫生既非神明也不是萬事通免疫學界有「清潔理論」之說，代表人們把身體保護得太好，反而致使免疫系統太脆弱，一但接觸病菌便容易患病。

晴晴醫師也再度提及，希望家長能在帶小孩看診時，多多提供小孩飲食、活動力的變化，醫生才能提供最適當的解方及建議，例如：是否要服用藥物、或多補充保健食品等。

不要把醫生當「萬事通」，期待萬事皆有標準答案，也不用把醫生視為權威而不敢互動，讓醫生與家長站在同一陣線，才能幫助孩童有效提升免疫力，給予他們健康的童年。

把身體保護得太好，反而致使免疫系統太脆弱，一但接觸病菌便容易患病。

圖／Freepik俄烏開戰！俄國科學家連署「要求國家和平」用來篩檢確診者的CT值大小，是否與病情輕重和死亡率有關？各國意識抬頭，太空碎片帶來的災難有多嚴重？當你談戀愛時，大腦發生什麼事？科研遇欺凌，女性為何忍？ 相關標籤：COVID-19保健食品免疫力孩童生病藻精蛋白熱門標籤：大麻NASA女科學家量子力學CT值所有討論0登入與大家一起討論鳥苷三磷酸(PanSciPromo)61篇文章・378位粉絲＋追蹤充滿能量的泛科學品牌合作帳號！相關行銷合作請洽：[email protected]相關文章小孩常生病是缺乏免疫力？父母必聽的育兒保健聖經feat.張簡晴瑩醫師【科科聊聊EP81】最貼近生活的防災資訊一把抓——災防科技中心的LINE官方帳號「血液病理診斷」導入AI應用，輔助醫師快速精準判讀、減輕負荷量控制近視有新招！研究證實特殊設計鏡片能減緩孩童度數增加TRENDING熱門討論即時熱門815全台大停電，你搞清楚發生什麼事了嗎？314小時前早上起床是晴是雨，竟會影響一整天工作滿意度？11天前極權國家網軍來襲！「資訊獨裁」的雙重手法：網路審查x散播假消息41天前讓「帶著顯微鏡闖蕩異世界」變成可能！從bench到口袋，uHandy行動顯微鏡是如何煉成的？12天前國際太空站與它的繼承者們——淺談近地軌道商業服務的歷史52022/02/24料理系動畫頂級湯底素材！——海鮮乾貨超濃郁鮮味從何而來？52022/02/24如果人類的祖先是猴子，為什麼我們沒有尾巴？52022/02/25開膛剖腹、掰出肋骨把肋骨變成翅膀甘有影？——維京「血鷹」儀式的真實性42022/02/10