@ 2015.01.19 , 10:00

WHAT IF: 月球泳池

如果在月球上挖个大湖,然后在里面游泳将会是怎样的体验?假设那里有大气层保护,或者有巨大穹顶的情况下。
——Kim Holder

这绝对是一个糙级赞的想法啊!

事实上俺认为,这TM应该就是我们登月的第一动机好不好!起码比肯尼迪给出的理由好太多了!

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据我所知,苏联人已经对磕松子的技术驾轻就熟:抓过一兜松子……吭哧吭哧吭哧

漂在水面上的感觉和在地球上差不多,因为浮力主要和你的身体的密度有关系,和重力关系不大。

潜水的感觉也和在地球上的差不太多,阻力来自水的惯性,而惯性是物质的基本属性,也和重力无关。职业泳者在水下的游泳速度在月球上也差不多是2米/秒的样子。

除此以外,剩下的就都是酷炫了。浪更高、水花更烈,泳者跃出水面的时候宛如海豚。

关于海豚出水背后的数学知识,很长的一段注释:

用最简单的算法,可以得到一个粗略的答案,就是把泳者看作一个简单的抛射体。公式是:

(速度^2) / (2×重力)

从此我们可以得知,以游泳世界冠军的能耐,2米/每秒的动能,在地球重力的束缚下,只够把他的身体举高20厘米。

不过这不是绝对精确,但起码让我们知道在海豚的泳功前,人类只能给跪。但是为了得到更加精确的结果(后面我们可以用到月亮上),我们还要加入其他因素计算在内。

当泳者刚在水面冒头,他们并不用负载全身的重量;因为有浮力拖着抵消了一部分。随着身体离开水面的比例变大,身体受到水的浮力逐渐变小。因为重力恒定,所以身体的重量增加。

你可以算出要让身体彻底垂直跃出水面所需要的能量,但是这是一个比较复杂的积分问题(水下的部分的身体和垂直出水部分的身体的积分问题)。而且这还和身材有关系。在身体完全跃出水面之前,这可以让计算结果相差了半个身高——或者少一些。

还有一个要考虑的因素是,泳者会在彻底离开水面之前持续蹬水。当泳者还在水中,超最高速度加速的时候,水的阻力等于他们两腿扑腾的力量……还有他双手划水的力量—……划水?不知道这个词用得准不准确。

不管怎么样,当泳者跃出水面,虽然水阻力基本消失,但他们还会继续蹬几下水。要算出这几下能添几分力,因为所做的功 = 力 X 距离,所以需要把脚劲乘以破水后剩下离水的距离。距离大概等于身体大部分的程度,1~1.5米的样子。从 Google 找来的答案说,对于一名优秀的游泳救生员为例,可以头顶10磅重的东西游上一段,也就是说,他们蹬水的力道大概是50牛以上。

我们可以把这些素材穿成一个大公式:

出水高度 = [(12× 体重 × (最高速度)^2 + 蹬水力量 × 身高 / 地球重力 × 体重)] + (水浮力修正)

所以基本上,我们在月球游泳的话,至少能跃出水面一米以上。如果是飞鱼菲尔普斯的话,可以达到2~3米。

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菲尔普斯不断跃出水面,向《人鱼童话》里的演员大笑致敬。

装备脚蹼的泳者,能比一般泳者游得快很多(不过戴上脚蹼的游泳冠军也快不过赤脚跑步的,哪怕是穿着脚蹼跑步的,就算是穿着脚蹼跨栏的也不行)。

穿单蹼的蹼泳健将,每秒可以游3.2米,可以玩出非常惊人的出水动作——哪怕是在地球上。根据这份纪录上的成绩,月球上的蹼泳者,可以跃出水面4~5米高。换句话说,他们在月球上,可以把高台跳水反过来玩,改成「跃上高台」。

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切~~这家伙肯定是反过来跳水,砸了个大水花,然后把视频倒放了!(这种把戏我们在无聊图看得太多了)

不过,我们还可以玩得更 high。一份2012年的论文的题目叫《微重力情况下的人类水上飘的研究》,结论是,虽然人类无法在地球上玩出水上飘,但勉强可以再月球上做到(我强烈推荐各位蛋友读一下这篇论文,特别是第二页上那个好玩的实验)

由于月球表面引力较弱,所以更容易打出水花,就和泳者出水更高一样道理。结果就是更浪的浪,和更浪的花。术语上描述月球泳池就是:可溅性高。

为了避免池子里的水很快就被玩没了,池子边得要设计一下,要么可以做得更高,但这样就破坏了月球游泳的另一大乐趣:「滑来滑去」:

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如果我们将来在月球上盖基地的话,我100%赞成在上面挖个游泳池。当然,把这么多水嫩上月球(相当于135匹大马)得花不少钱(就弄一个后院里2升水大小的水缸,用可回收商用月球机器人分3000份,10次运输,官方报价大概是720亿美金)。不过,如果真是要盖月球基地,送点水上去也是理所应当的事情(让 NASA 来干这活可能能省不少钱,所以我鼓励 NASA 做几次试验确定具体数据)。

最后,这并不是完全不可行的事情。家用小池子的重量大概和四个阿波罗月球登陆舱差不多。未来,NASA 和波音公司开发的下一代太空载具 NASA SLS 或者当代钢铁侠 Musk 的 SpaceX Falcom Heavy,能在不多的往返里,搭载足够池水去月球。

所以,如果你真已经被打动了,下一步要做的就是给 Elon Musk 打电话,问个确定的报价。

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咦,为啥会有3秒延迟?

本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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