Для создания наиболее крупных и высоких всплесков прыгунам необходимо учитывать специфический угол погружения и момент времени раскрытия тела в воде. Благодаря этим приемам воздушная полость формируется и «схлопывается» наиболее эффективно, что обеспечивает выталкивание воды вверх.
Прыжки в воду — это и популярное развлечение, и профессиональный вид спорта. Олимпийские прыгуны стараются минимизировать брызги, в то время как в другой дисциплине, известной как ману-джампинг, преследует противоположную цель: добиться максимального эффекта. Родом из Новой Зеландии, от народа маори, ман-джампинг — это не просто развлечение, но и культурное явление, а также соревновательный спорт, в котором побеждает тот, кто совершает самый высокий и широкий прыжок. Текущий рекорд составляет более 10 метров в высоту.
Создание безупречного руководства — это сложный процесс, требующий определенных знаний и навыков. То, что видят зрители, представляет собой всплеском Уортингтона. Воздушная полость, образующаяся при погружении тела прыгуна в воду, приводит к его последующему схлопыванию. Именно этот коллапс и является причиной выброса вверх мощного потока воды. Умение прыгуна заключается в оптимизации этого эффекта.
Знание физических принципов погружения объектов в воду важно не только в спорте, но и в морской инженерии, биомеханике и робототехнике. Это знание позволяет, к примеру, создавать более эффективные суда или подводных роботов. Ранее большинство исследований были посвящены уменьшению брызг, а не их увеличению.
Группа специалистов по гидродинамике приступила к изучению физических основ ману-джампинга. Итогом их работы опубликованы в журнале Interface Focus.
Для изучения техники спортсменов исследователи изучили 75 видеозаписей прыжков ману, размещенных на YouTube. Анализ показал, что прыгуны входят в воду, согнувшись в V-образной позе, при этом их ягодицы направлены вперед.
Сразу после погружения они резко выпрямлялись, словно отталкиваясь ногами и возвращаясь в исходное положение. Этот прием позволял увеличить воздушный карман под водой. Затем полость «схлопывалась» — отделялась от тела и коллапсировала, выбрасывая струю воды вверх. Все это происходило за доли секунды.
Медианный V-образный угол входа прыгунов в воду, согласно измерениям, составляет приблизительно 46 градусов. Для подтверждения этого значения в лабораторных условиях были изготовлены с помощью 3D-печати V-образные снаряды с различными углами, которые затем сбрасывали в аквариум. Результаты показали, что угол в 45 градусов обеспечивал наиболее быстрые и высокие всплески. Увеличение угла выше 45 градусов повышало вероятность получения травмы при ударе спиной о водную поверхность. Примечательно, что прыгуны, действуя интуитивно и методом проб, смогли приблизиться к этому оптимальному значению.
Для дальнейшего изучения ученые создали робота «Манубота», воспроизводящего движения человеческого тела при прыжке ману, включая изменение формы из V-образной в прямую линию под водой. Это дало возможность определить наиболее подходящий момент для разгибания тела. Так, для человека ростом около 170 сантиметров, совершающего прыжок с высоты 1 метр, разгибание тела в период от 0,26 до 0,3 секунды после входа в воду вызывало наибольшее количество брызг.
Неблагоприятное время начала процесса, будь то слишком раннее или слишком позднее, снижало интенсивность всплеска. Наилучший момент начала процесса обеспечивал согласованную передачу потенциальной энергии робота для создания полости, что приводило к образованию наиболее мощных и вертикальных всплесков Уортингтона.
Анализ показал, что угол в 45 градусов, образующийся при погружении в воду, компенсировал значительные размеры создаваемой полости и достаточную глубину ее отделения от корпуса. Синхронизация раскрытия корпуса в определенный промежуток времени (для безразмерного времени раскрытия от 1,1 до 1,5) позволила оптимально распределить потенциальную энергию робота, обеспечивая ее эффективную передачу для формирования полости и создавая идеальный вертикальный всплеск.
Несмотря на то, что человеческое тело значительно сложнее любой модели, такие аспекты, как распределение массы, гибкость и анатомические особенности, добавляют детали, которые пока недоступны для воспроизведения 3D-снарядам и «Манубот». Однако исследования выявили, что успешный ману – это не случайность, а закономерный итог точно скоординированной последовательности движений в воздушной и водной среде. Это сплав интуиции и физических принципов.