水气球做错了什么！为啥你就玩命把人家往钉板上扔？？

作者：漫科普

编辑：窗敲雨

把装满水的气球扔到整齐排列着钉子的木板上会发生什么？气球破掉、水花四溅？这可不一定。事实上，在合适的条件下，水气球可以从钉板上完好无损地蹦起来：

弹起来了！原视频来自：Roskilde Universitet, Naturvidenskab

在实验室里，罗斯基勒大学（Roskilde University）的物理学家蒂娜·赫克歇尔（Tina Hecksher）和她的学生们用高速摄影机记录下了这番景象。不仅如此，他们还将玩耍水球的心得写成论文，并发表到了《欧洲物理期刊》（European Journal of Physics）上。这是怎么回事？

其实，这是在重现一种独特的流体力学现象，它被称为“薄饼弹跳”（pancake bounce）。这种现象最初是在超疏水表面上观察到的。

说到疏水材料，许多人会首先想到荷叶。荷叶表面覆盖着蜡质，同时又有很多刷子状的微观凸起结构，因此它与水很不亲和。科学家们制作人工的超疏水材料也是采取了这样的思路，超疏水材料对水滴是如此“拒绝”，水滴落在上面是不但不会润湿表面，还会在表面上弹跳，就像是蹦床上的运动员一样。

弹起水滴的超疏水表面。原视频来自：UniversityRochester

如果仔细观察这些弹跳的小水滴，一般会看到它们在撞上疏水表面之后先是被“压扁”，然后再逐渐回缩，恢复原来的形状，再从表面上弹起来。但是，在特定情况下，小水滴却会以截然不同的状态蹦起来——它们在腾空时依然保持着被“压扁”的样子，这就是“薄饼弹跳”（pancake bounce）了。

就像这样，看到飞起的“水滴饼”了吗？原视频来自：Roskilde Universitet, Naturvidenskab

在排列着整齐凸起的超疏水表面上就能观察到水滴的“薄饼弹跳”，但遗憾的是，由于突起阵列间的间距只有0.2毫米，它们只能在显微镜下进行观察，也不方便物理学家进行深入研究。

于是，赫克歇尔博士在指导学生观察这个有趣的现象时，提出了一个大胆的假设：我们能不能把尺度放大，把这种现象带进宏观世界呢？这样一来，观察和测量就会变得很方便了。但是，这能做到吗？

答案是：真的能。

他们将256个钉子布置在平板上，做成一个大的钉子板阵列。钉子彼此之间距离约为1.85厘米，以模拟亚毫米级疏水材料表面密集的刷毛状突起。如此以来，他们制作出一个相当于“放大了100倍的荷叶表面”。随后，为了增大宏观下“大水滴”的表面张力，他们选用装满水的气球来代替水滴。同时，采用一个数码相机以每秒300帧的频率记录冲击发生时的慢动作，并在平板下放置压电传感器来记录冲击力。

实验中，他们让装满水的气球以不同速度落在钉板表面，并观察气球的变形情况。结果，当气球下落的速度超过一定临界值之后，可爱的“薄饼弹跳”出现了。对比显示，在放大了一百倍的钉板上，水球的表现和疏水表面上的水滴非常相似。