跳水是一项国际公认的竞技运动。运动员们最高能从10米跳台上起跳,在空中完成一定动作,并以优雅的姿势落入水中,这对他们的身体健康毫无影响。不过,如果将水面换成陆地,一个人从相当于3层至4层楼高的10米跳台上跳下,至少会摔断腿。为什么坠入水中比陆地更安全呢?
其实,我们落在水面或地面上,之所以受伤是因为受到了接触面的反作用力。反作用力越大,身体受到的伤害就越大。反作用力指的是你向对方施力时,对方反馈给你的大小相等、方向相反的力。当你用手掌掴别人时,自己的手掌也会痛,就是受到了反作用力。而掉落到水面上时,因为水是液体,有流动性,只要落水速度不是很快,水就有时间把撞击的作用力传递到周围。
这样,水面给人的反作用力就变小了,对人体的伤害也就不如地面那么大。
不过,水的“温柔”是有限度的。人体在进入液体时,需要排开部分液体,占据一些空间,而这需要一定的时间。
随着高度的增加,人体入水速度变快,液体被排开的时间也越来越短。排开的水体积减少,剩下的水势必形成一定的阻力,而且这种阻力随着速度的增加而急剧增大。
跳水近似于自由落体运动。根据物理公式,我们可以计算出从不同高度跳入水中所用的时间和落水时的速度。
从10米处往下跳,落水速度约为50.4千米/小时,时间大概需要1.4秒;从40米的高度跳下来,落水速度翻倍为100.8千米/小时,时间同样翻倍,约为2.8秒;但从80米的高度跳下来,速度增加了近一半,为142.6千米/小时,落水时间却只加了0.5秒,只需要3.3秒。
随着跳水高度的增加,速度增加的程度远大于落水时间的增加。这样,人体落水时就来不及将水排开,水反馈给人的反作用力就会大大增加,水面就会变得像水泥地那么坚硬了。
那么,从多高掉入水中会有危险呢?根据跳水冲击力的计算公式,从10米高处下落,冲击力可达人体重量的5倍。
也就是说,一个体重50千克的人从10米高跳下,入水时受到的冲击力约相当于被一个体重250千克的人压倒。
人体的不同部位能承受的压力是不同的。其中最脆弱的部位是人的头部,它的最大承受力为22.8千牛,能承受的最大加速度是82.6个重力加速度,代入公式中算得50千克的人的极限跳水高度仅为20米。