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科学研究不容易,你需要耗费大量时间和精力去收集、分析数据,至少一般来说是如此。“我们常常开玩笑说,只要打个响指,数据就到手。”美国佐治亚理工学院(Georgia Tech)的萨阿德·巴姆拉(Saad Bhamla)说道。
萨阿德·巴姆拉和学生刚刚完成了一项关于打响指的物理学研究,他们发现,恰到好处的摩擦是打响指成功的关键。研究结果发表在《英国皇家学会界面杂志》(Journal of the Royal Society Interface)上。
巴姆拉的实验室主要研究自然中的超快运动,他说:“生物有机体可以实现非常非常快速的运动,我们既好奇它们是如何做到的,也想通过提炼出其中的原理,实现可能的合成系统。”巴姆拉团队的研究可能相当硬核,但他们有时也会玩得非常开心。
“我们有特定的‘超级开心玩耍时间’(Super Happy Fun Time),”巴姆拉说,“用来讨论非常不科学的东西,在一场典型的激烈科学讨论后让学生放松一下。”
几年前,他们讨论到《复联4:无限战争》(Infinity Wars)这部电影。在电影的高潮,超级大反派灭霸带上装满无限宝石的金属手套打了一个响指,彻底改变了漫威电影宇宙(Marvel Cinematic Universe)。但这一幕中有一点让巴姆拉摸不着头脑。
“你知道吗?我很乐意打个赌,如果你有一副像灭霸那样的金属手套,我怀疑以可控的方式储存能量会非常非常困难。”如果你真想打个响指,能量必须要很快释放出去。巴姆拉的学生拉加夫·阿查里亚(Raghav Acharya)为此设计了一个实验。
“他在自己手指上设置了几个反射点,这样一来,用高速摄像机从侧面拍摄视频时,就能自动跟踪手指运动,从而算出速度和加速度。”因为他们想要知道的第一件事情就是:这个花里胡哨的爵士手势(打响指)速度有多快?
“我们发现,打一个响指的时间是7毫秒。对比一下,这比眨眼快20倍。眨眼睛其实和龟速一样:需要约150毫秒。”比起速度,更让人印象深刻的是加速度,比顶尖棒球投手挥臂的加速度还要高三倍。

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“我们的响指是科学家打的:不是职业运动员,也几乎从来不去健身房。但我们的加速度是职业运动员的三倍。那么问题来了:我们如何完成这一看起来像杂技一样灵巧的动作呢?”
为此,团队开始调整摩擦。首先,拉加夫和自己的研究生导师埃利奥·查利塔(Elio Challita)用润肤霜让自己的手指稍稍变得润滑。结果发现打不出响指了。接着,他们尝试向另一个方向调整。
“与直觉相反,我们想‘哦,摩擦很重要。试试用一些高摩擦力的橡胶当作指垫吧。我们以为,增加摩擦就能打出更响的响指。’”但这样也打不出响指,因为手指滑动的时候,浪费了太多储存的能量。“在实验中,我们发现皮肤摩擦就好比宜居带中的最佳位置,既给你足够的能量,也可让手指快速分开,打出响指。”
那灭霸呢?
巴姆拉表示,团队用铜质顶针(指套)测试了“灭霸假说”,结果指腹的压缩性也很重要。如果指腹材料太硬,即使摩擦与皮肤相同,也无法被按压,这会影响抓取力以及能量储存,即使可以打出响指,效果也非常弱,无法令人满意。
巴姆拉想搞清楚我们的手型是否有独特之处,让我们获得打响指的能力。或者说,其他灵长类动物也会打响指吗?“我给很多人类学家、动物管理员写了很多邮件。”他甚至回去看了其他电影。
“说不定我能在电影里,比如《人猿星球》(Planet of the Apes)里,看到那些人猿边骑在马背上,边打着响指呢?如果有,我觉得也挺正常,因为至少有人想象过人猿也会打响指,不是吗?有可能他们事先做了功课,也有可能某位自然学家已经在某本期刊上描述过这一点。”
所以,如果你曾看到过黑猩猩打响指,请联系巴姆拉。与此同时,他将继续追寻自己感兴趣的科研项目。

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“人生苦短,不要浪费时间做无聊之事。喊出‘哦,这太酷了!’的时候,是我和学生感到最快乐的时刻。在大自然突破了我们的物理和工程极限时,其中一定存在有趣的信息等待我们发现。”
另外,你也能去解释你的有趣发现,就像响指研究一样。“我父母现在明白了。嗯,我觉得他们明白了”
翻译:阿金
审校:武大可
引进来源:科学美国人

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