曾令达·芬奇惊奇不已的现象，终于得到了解释？

来源：科研圈

当水流落到水池底部，可以看到水柱周围形成一个薄薄的“圆盘”，圆盘边缘水位陡然上升。早在五百多年前，达·芬奇就已经注意到了这一现象，但是我们今天才了解它的成因。

达·芬奇思考的问题

每当达·芬奇不在画他的艺术杰作，或者不在思考如何制作将人类送到天上的机器时，他就会来到户外，面对流水中的漩涡陷入沉思。

让这位文艺复兴大师困惑的问题也困扰着无数的科学家。五百年后的今天，我们仍然在苦苦思索一种叫做水跃（hydraulic jump）的现象。

达·芬奇手稿中对水流的研究。| 图片来源：The Royal Collection @2004，Her Majesty Queen Elizabeth II

水跃现象随处可见，我们可能会误以为人们已经完全理解了它是如何形成的。当我们打开水龙头，观察水池底部的水的流动，会看到水在水注周围形成一层薄薄的水膜，在边缘处水膜则陡然上升，堆积成一个环形的“台阶”。

同一介质中，两列传播方向相反，而振幅、频率相同的波（蓝色与红色）相遇时，形成驻波（黑色）。其结果是在一系列固定的位置产生波腹（振动加强点）和波节（即振动减弱点）。一列波与自身的反射波很容易形成驻波。与行波不同，驻波的波形无法前进，因而也无法传播能量。| 图片来源：Wikipedia

这种停驻的冲击波也出现在堰、瀑布的底部、潮涌等等……几乎任何不同速度的流体相遇的地方。

（1）向垂直平面发射水注（2）向水平面上发射水注（3）从水平面的下方向上发射水注。不同方向的平面上以相同的速率发射同样的水注，水跃现象形成的环形半径相同。| 图片来源：DOI： 10.1017/jfm.2018.558

因为粘性力产生的表面能沿着径向传输，这意味着水流难以提供足够的动能保持迅速流动，形成薄层的水膜，而是很快就慢下来，在边缘堆积形成陡峭的环形“台阶”，也就是所谓的环形水跃现象。对于潮汐等平面水跃现象，他们提出的理论同样适用。