הספלאש המושלם: מדענים פיצחו את סוד הקפיצה למים

דמיינו לעצמכם ספורט שבו המטרה היא ההיפך מקפיצה אולימפית למים - במקום להיכנס למים בתנועה חלקה ובלי להתיז, הקופצים מנסים ליצור את השפריץ הגדול והרועש ביותר שאפשר. זהו "מאנו ג'אמפינג" (manu jumping), ספורט מסורתי פופולרי בניו זילנד שמקורו בקהילת המאורים.

"בעבור העם המאורי, קפיצת מאנו היא יותר מפעילות פנאי בלבד - זוהי דרך חיים תרבותית", נכתב במחקר חדששעליו דווח ב-The Conversation. הקופצים מזנקים מגשרים, רציפים, פלטפורמות צלילה וכל מקום גבוה שהם יכולים למצוא, עם מטרה אחת: לעשות קפיצת "מאנו" - כלומר ליצור את השפריץ הכי גדול ורועש שאפשר. בתחרויות כמו "Z Manu World Champs" השופטים מעריכים בעיקר לפי גובה ורוחב השפריץ. הרקורד העולמי הנוכחי עומד על יותר מ-10 מטרים גובה.

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה החליטו לפתור את החידה: מה בדיוק גורם לספלאשים הענקיים האלה? המחקר, שפורסם החודש בכתב העת המדעי Royal Society Open Science, בחן 50 סרטוני יוטיוב של קפיצות מאנו וערך ניסויי מעבדה מפורטים. החוקרים אפילו בנו רובוט מיוחד שמחקה את תנועות הגוף האנושי במים.

"המיקרו-שנייה שבה הקופץ פוגע במים היא קריטית", מסבירים החוקרים. "בעצם נוצרים שני שפריצים: הראשון נוצר כשהגוף שובר את פני השטח, והשני - הנקרא Worthington splash - שאחראי על פרץ המים החזק שניתז גבוה לאוויר".

הרובוט שגילה את הנוסחה

המחקר מגלה שהספלאש המושלם נוצר דרך שילוב של שני גורמים קריטיים: זווית כניסה למים של 45 מעלות בצורת V (כשהקופץ נוחת על הישבן עם רגליים מקופלות), ותזמון מדויק של "פתיחת הגוף" מתחת למים.

פתיחת הגוף היא התמרון הקריטי: "ברגע שהם נכנסים מתחת למים, הקופצים מבצעים תנועת התכווצות ובעיטה, שבה הם מותחים את גופם מתחת למים, מזיזים את ראשם וגבם כלפי מטה בעוד רגליהם מכוונות כלפי מעלה", מתארים החוקרים. "תנועה זו מרחיבה את חלל האוויר, שמגיע בסופו של דבר לגודלו המקסימלי לפני שהוא קורס ונסגר, ודוחף מים כלפי מעלה". כל זה קורה תוך שבריר של שנייה.

כדי לבדוק את התיאוריות שלהם, החוקרים בנו רובוט מיוחד שכינו "מאנובוט". הרובוט, שהודפס בתלת-ממד וכולל מנגנון צירים שמאפשר לו להיפתח תוך כדי תנועה, הצליח לחקות את התנועות המורכבות של קופצי מאנו אמיתיים.

החוקרים מצאו כי לאדם שגובהו 1.70 מטר וקופץ מגובה של מטר אחד, פתיחת הגוף בטווח הזעיר של 0.26 עד 0.3 שניות בלבד לאחר פגיעה במים תביא לשפריץ הגדול ביותר. זהו חלון זמן של ארבע מאיות השנייה בלבד. "פתיחה מוקדמת מדי או מאוחרת מדי גורעת מגודל השפריץ", מדגישים החוקרים.

איך בכלל אפשר לתזמן משהו כל כך מדויק? "בני אדם הרבה יותר מורכבים מכל קליע תלת-ממדי או מאנובוט", מודים החוקרים. "גורמים כמו חלוקת משקל, גמישות וצורה אנטומית מוסיפים ניואנסים שהמודלים שלנו עדיין לא יכולים לשכפל".

תצפיות על קופצי מאנו אנושיים הראו שהם נוחתים באופן אינטואיטיבי בזווית ממוצעת של 46.36 מעלות - כמעט זהה לזווית האופטימלית של 45 מעלות שהתגלתה במעבדה. "מעניין שהקופצים הגיעו לזווית הכמעט אופטימלית בעיקר דרך אינטואיציה וניסוי וטעייה", כותבים החוקרים. המחקר מראה שזוויות גדולות יותר מ-45 מעלות מגדילות את הסיכון לפציעה מנחיתה שטוחה על הגב.

החוקרים רואים במחקר שלהם פוטנציאל ליישומים פוטנציאליים בהנדסה ימית וביומכניקה. כפי שהם כותבים, "אופטימיזציה של האופן שבו גופים נכנסים לנוזלים - בין אם הגופים הללו הם אנושיים, בעלי חיים או מכניים - הוא ענף מדע הכרחי".

"יצירת המאנו המושלם אינה תוצאה של מזל", מסכמים החוקרים. "במקום זאת, היא מסתמכת על סימפוניה מכוונת בקפידה של תמרונים אוויריים ומתחת למים".