鐵掌如何水上飄

想成為功夫片里的大俠，踩著水面飛奔嗎？你真的可以做到——如果你在月球上的話！

在水面上飛奔是只有少數(shù)動物能夠完成的一項絕活。事實上，大部分能夠成功完成這一“壯舉”的生物都是水黽科昆蟲，它們利用表面張力漂浮在水面上，支撐自己輕盈的體重。但是，由于表面張力與周長成正比，而體重與體積成正比（差不多與周長的立方成正比），所以表面張力無法承載更大的動物。

大一些的動物采用另一種策略避免自己沉入水中，那就是奔跑：它們用充沛的體能踩擊水面，產(chǎn)生水動力，反作用于腿部，以支撐它們的體重。雙冠蜥就是具備這種能力的典型代表，它們通過超快速踩水（每秒8次），能夠在水面上奔跑。北美 在求偶時也會高速踩水，每秒達到7次，最遠可以在水面上飛奔超過20米——而它們的體重，可以達到1.5千克。

在各類武俠片里，大俠們借助輕功能夠輕易在水面上打斗。但現(xiàn)實生活中，科學家通過研究雙冠蜥在水面上奔跑的行為，計算出了一個毫不出奇的答案：我們太重太弱，無法在水面上奔跑。按照估算，水動力不可能承載起我們的體重，除非我們能以超過30米/秒的速度踩擊水面——這個速度需要的肌肉力量大約是普通人的15倍。

一種方式可以稍稍繞開這一限制，那就是增大腳掌的面積——或者說，穿著巨大的鞋子或者腳蹼來奔跑。不過，有科學家計算過，就算一個人的體力非常好，踩水的速度非常快，能夠達到10米/秒，他要在水面上飛奔，腳掌（鞋底）面積也必須達到1平方米才行。

于是，意大利的那幫物理學家就想到了另一個點——減輕體重。當然，他們不是在提倡減肥，而是假設在更小的重力環(huán)境下來研究這個問題。確切地說，他們研究的是：穿著相對較小的腳蹼（不到0.1平方米），在較弱的重力環(huán)境下（大約是地球重力的20%），特定的踩水動作能否讓水面支撐起人體的重量。至于為什么要這么做，他們給出了回答：“據(jù)我們所知，以前還沒有人在這樣的重力環(huán)境下測試過，人到底能不能在水面上奔跑。”

他們在研究中采用了理論與實踐相結合的辦法。盡管人類和蜥蜴不論是體形還是體態(tài)都大相徑庭，他們還是把前人研究雙冠蜥時發(fā)展出來的水動力模型，套用到了人類身上。除此之外，他們還設計了一套實驗裝置，讓自愿者在模擬出來的不同的弱重力環(huán)境下踩水。通過這兩種方式，他們找出了讓人能夠像雙冠蜥和北美 那樣在水面上飛奔所必須的踩水頻率、重力大小和質量的正確組合。

那些意大利科學家還設計了一套實驗裝置，讓自愿者在模擬出來的不同的弱重力環(huán)境下踩水。

當人體質量為66千克，腳掌（腳蹼）長度為0.17米，踩水速度為2.504米/秒，每次踩水持續(xù)時間0.295秒時，他們的模型預言，低于0.22倍地球重力加速度的環(huán)境中，人就有可能在水上跑起來。踩水速度和踩水持續(xù)時間的數(shù)據(jù)，是他們在實驗中獲取的，這是人類在地球環(huán)境下體能足以維持的數(shù)值。他們的模型還表明，在月球重力環(huán)境下（0.16倍地球重力加速度），每秒踩水1.7次的話，能夠在水面上奔跑的人，體重不能超過73千克，否則還是會沉下去。

接下來，輪到人體實驗華麗登場了！他們的實驗表明，人能夠在水面上跑起來的最高重力加速度，大約是0.22倍地球重力加速度。在不到0.1倍地球重力加速度的環(huán)境中，所有自愿者都能夠“水上飄”。重力加速度越大，就會有越多的人沉到水里。他們在實驗中還發(fā)現(xiàn)，自愿者選擇的踩水頻率和踩水速度與重力環(huán)境無關。所以就算真的到了月球上，人類可能也會以同樣的方式踩水。