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其實現代人研究這個古老問題很久了，提出過很多假說。除了最直觀的物理磨損說之外還提出過化學侵蝕說。也就是石頭中的碳酸鈣、水、空氣中的二氧化碳反應生成碳酸氫鈣。

△ 據網友回憶，這個反應還出現在高中會考卷子上 *

總之呢，在這篇論文之前連這一現象主要是物理反應還是化學反應都有爭論。那么這一次，研究團隊是怎么終結這個話題的？

(資料圖片僅供參考)

高速應力顯微鏡揭示“超音速沖擊波”

通常，想要研究一滴水滴的下落，主要得靠高速攝影機拍攝的影像。不過這次，明尼蘇達大學的研究人員不想只搞視覺分析，而是想在“定量”這個方向上更進一步。于是，他們整出了一套新裝置：高速應力顯微鏡。設備長這樣：

具體而言，研究人員會讓一滴水滴從高度 h 處下落，以沖擊速度 U 撞擊 PDMS（聚二甲基硅氧烷）凝膠。在這個實驗中，PDMS 凝膠已經被事先處理過：研究人員在其中嵌入直徑 30μm 的低濃度熒光聚苯乙烯顆粒作為示蹤劑。而在凝膠的一側，一塊薄薄的片狀激光發射器會給凝膠“打光”，激發其中的熒光示蹤劑。

這樣一來，當水滴撞擊凝膠，旁邊的高速攝像機就能以每秒 40000 幀的規格，清楚地記錄下熒光顆粒們的運動。根據這些記錄，研究人員就能以 115μm 的空間分辨率和 0.025ms 的時間分辨率，繪制出水滴下落時，壓力和剪切應力分布隨時間變化的圖像。

接下來，就是見證結果的時刻。

研究人員發現，液滴擊打物體表面時的力，并不是集中在液滴中心，而是隨著液滴撞擊擴散開來的。如圖所示，第一行為鋼球下落產生的剪切應力分布，第二行則為液滴撞擊的結果。相比于鋼球下落，液滴的最大剪切應力并非在撞擊點附近，而是隨著液滴的擴散徑向傳播的。

更重要的是，液滴擴散的速度會在開始的一小段時間內超過音速，在被撞擊的物體表面形成超音速沖擊波。

那感覺，就像是在物體表面引爆了一顆小炸彈。

△ 飛機的超音速沖擊波

是不是有些意想不到，看似無甚力量緩慢滴落的一滴水，竟能在濺射的一瞬間超越音速。但其實吧，你可能更想不到的是，這樣的情況在生活里還挺常見。你隨手一個舉動，也可能分分鐘搞出超音速現象。

撕個膠帶也能超音速

如果你打包過快遞包裹，一定對撕透明膠帶時富有穿透力的聲音印象深刻。

一群法國科學家研究了這個現象，發現原理也是超音速產生的音爆。具體來說，膠帶從膠帶卷上剝離不是平滑運動，而是每隔幾毫米就有停滯，再一次性滑出一大段距離，這個現象叫做微觀粘滑（micron-stick-slip）

這個過程中膠帶的彎曲部分會儲存彈性勢能，并在滑移的瞬間釋放。根據理論模型預測，由此產生的沖擊波速度可達每秒 650-900 米，超過兩倍音速。這篇論文也不簡單，發表在了物理評論快報上。

超音速沖擊波，還出現在開香檳的時候，軟木塞子彈出的瞬間。這是由瓶中的高壓二氧化碳氣流突然暴露在低壓環境中高速噴射產生的。