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32.我們在鼻涕中能比在水中游得更快嗎?

2004年初,一位名叫布萊恩·格蒂芬格的學生正在為雅典奧運會美國代表隊的選拔賽而刻苦訓練。他擅長的項目是100米蝶泳。咕嘟咕嘟的泳池裡,總會冒出一大堆在游泳運動中會運用到的流體力學問題。我們知道,一位泳者在海水中會比在淡水中游得更快,因為他的身體在密度更大的液體中會產生更大的浮力。但是如果我們不僅增加這種液體的密度,還同時增加它的黏稠度,結果將會如何呢?換句話說,我們在水中游得快還是在糖漿中游得快呢?專家們被問住了,直拍腦袋。一些人推測,黏稠度增加,阻力也會增加,運動員的前進速度會減慢。另一些人則推測,恰恰相反,運動員向前的推進力會因此變得更高效,他會比在水中游得更快。第三種看法則是運動員在兩種液體中的游泳速度是一樣的。

為了解開謎題,布萊恩·格蒂芬格和他在明尼蘇達大學的化學老師愛德華·庫斯勒提出了一個極具實用性且叫人無法拒絕的建議:做實驗唄。而他們在幾個月後發表於《美國化學工程師協會期刊》(Journal of American Institute of Chemical Engineers)上的論文則讓他們光榮地進入不正經科學的萬神殿中。為了實驗,他們先找到了310千克的胍膠,這是一種搾取自豆科植物的天然聚合物,主要用於提高醬汁、冰激凌和洗髮水等產品的黏稠度。他們的目標,是把角落裡的游泳池變成一大碗果凍。

還必須取得相關部門的許可,要讓他們放心:不會的啦,糖漿當然不會黏住或者堵塞城市的管道系統和下水道。結果用塞子塞了整整22次之後,兩個人終於可以開始實驗了。首先,他們將胍膠倒入水中,然後把這二者的混合液體倒進25米長的泳池。接下來,3個水泵要同時工作36個小時,以確保將兩種液體混合均勻。最終得到的是一種綠不啦唧的液體,它的黏稠度是水的兩倍(但密度相同)。愛德華·庫斯勒用一個充滿詩意的畫面總結道:「它稠得跟鼻涕似的。」

接著,要找到願意在這種液體中撲騰幾下的志願者,然後再將他們在這種狀況下的運動成績和在正常的消毒氯水中的成績做個對比。一共有10位競賽型泳者和6位週末型泳者同意「黏游」一回——「黏游」是我們專門為這個實驗發明的動詞。志願者需要分別游幾次,每次距離不同,實驗設計者會分別計時,並記下他們的游泳動作,當然也不會忘了幫他們洗澡。自由泳、蝶泳、仰泳、蛙泳都用上了。最終審判結果是:志願者在水中比在糖漿中游得更快。

而這個結果也再次讓人們想起了17世紀的一場大辯論。這個辯論的主題是在彈道學中投射物的運動速度同它所穿過的空氣阻力之間的關係。而在泳者的例子中,因為人擁有一種內在的動力系統,因此在黏稠度雖然不同但非常相近的液體中游泳,他的運動速度並不會受到太大影響:阻力的確增加了,但隨之運動員的運動效率也增加了。研究人員計算之後得出結論,為了使泳者速度減慢,必須把他浸在一種黏稠度比水高很多,接近蜂蜜的液體中。

這個實驗過後,他們接下來要做的就是驗證自行車運動員在醃酸菜(法國北方名菜)中蹬自行車是不是像他們說的那麼累。