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古代酷刑“滴水刑”是什么原理?能穿透皮膚嗎?從滴水穿石來分析

 炫葉楓雪 2021-10-25

商朝時(shí)紂王曾經(jīng)發(fā)明了一種“滴水刑”,來懲罰一個(gè)犯了錯(cuò)的婢女。這也給人們留下了一個(gè)謎題,如果水滴能穿透堅(jiān)硬的石頭,那么它是否真的能穿透人體,比如手掌呢?

想要弄明白這個(gè)問題,我們首先要搞清楚水滴石穿的原理。

從物理學(xué)的角度來分析,雨滴落下時(shí)的最高速度僅為8m/s,而雨滴的質(zhì)量最大為0.065克,那么按照動(dòng)能定理,一個(gè)雨點(diǎn)落到地面時(shí)的最大動(dòng)能為0.002焦耳。那么從沖擊力的角度來看,這樣的傷害著實(shí)太小了,遠(yuǎn)不足以把石頭擊穿。

其實(shí)在我們呼吸的大氣環(huán)境力里,藏著許多肉眼看不見的氣泡,當(dāng)水滴與石塊快要相撞的過程里,水滴周圍空氣中的氣泡會(huì)因?yàn)閿D壓而產(chǎn)生收縮,引起內(nèi)部空氣的收縮。這時(shí)空氣分子的密度變大,單位面積上互相摩擦碰撞的力就越大,所以壓強(qiáng)就會(huì)變大。

在水滴與石塊相撞的瞬間,這些帶有攻擊性的氣體就在氣泡破裂的時(shí)候,對(duì)石塊造成微小但是又不可忽略不計(jì)的傷害。時(shí)間久了,石頭也就被穿透了,物理學(xué)上把這一現(xiàn)象稱為氣蝕,又稱“空泡”。

早在20世紀(jì)時(shí),人們在航海時(shí)便發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。那時(shí)僅僅下水12個(gè)小時(shí)后,螺旋槳便像千瘡百孔一樣不能再用。后來科學(xué)家對(duì)這一現(xiàn)象觀察研究了多年,斷定破壞螺旋槳的兇手就是螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣泡,他們發(fā)現(xiàn)單是一個(gè)氣泡破裂時(shí)便能產(chǎn)生,高達(dá)幾千個(gè)大氣壓大的壓強(qiáng)。那當(dāng)氣泡的數(shù)目越來越多時(shí),螺旋槳受到的傷害也就可想而知了。

在水里,一旦物體的速度超過50 m/s,安裝在頭部的氣體注入系統(tǒng)就可能產(chǎn)生低密度氣穴,里面會(huì)布滿一種密度很低的氣泡 它們被稱為“超空泡”。研究表明,如果物體自己產(chǎn)生的空泡長度越長,那么它便能夠以最小的阻力在氣泡的內(nèi)部前行。

20世紀(jì)90年代俄羅斯便依據(jù)“超空泡”效應(yīng),研制出一款名叫“暴風(fēng)雪”的魚雷,由于阻力極小,這款魚雷的最快速度可達(dá)500 km/h。

回到我們最初的問題,既然水滴能夠穿石,那我們的手掌是否能被水穿透呢?既然是作比較,我們就先來看看一個(gè)石頭和一只手的區(qū)別。

石頭的結(jié)構(gòu)單一,不會(huì)有不同的層次。而手掌來的表面是一層皮膚,里面是皮下組織和肌肉,這樣的組織結(jié)構(gòu)讓手具備了一種柔軟性,那么一滴水落在石頭和手上的過程,就相當(dāng)于我們從高處落在地面和跳跳床上的區(qū)別,降落在跳跳床上時(shí)我們相當(dāng)于落在一個(gè)凹面里,身體與凹面充分接觸的同時(shí)會(huì)使得我們身體,對(duì)于跳跳床的沖擊力分散開來,因而在每一處受力面受到的沖擊力也減小了,所以通過類比可以得知,一滴水對(duì)石頭的沖擊力是大于落在手上時(shí)的沖擊力的。

不僅如此,皮膚這一器官,還在水的侵害中扮演了最好的防御角色。手部皮膚的構(gòu)成由外到內(nèi)依次是表皮層、真皮層和皮下組織,而對(duì)水起到隔絕作用的是卻是表皮層最上面呈弱酸性的皮脂膜,它由皮脂分泌的皮脂+汗液+角質(zhì)層的成份混和而成,也就是有了它 任何類型的水才進(jìn)不到我們身體里。

人體的百分之七十都是水,而這些水里面含有大量的離子、維生素等化學(xué)物質(zhì),所以細(xì)胞液的濃度是大于外界的水。那么如果我們的皮膚一直浸泡在水里的話,為了維持滲透壓平衡皮膚細(xì)胞就會(huì)主動(dòng)吸水,一直到滲透壓平衡,這時(shí)我們的皮膚就會(huì)發(fā)生褶皺現(xiàn)象。

這也意味著皮膚受到的侵蝕會(huì)漸漸變小,因?yàn)殡S著皮膚產(chǎn)生的褶皺越來越多,氣泡力會(huì)因?yàn)槭芰γ娣e的增加而變得更加分散,所以水滴的氣泡力對(duì)皮膚產(chǎn)生傷害的可能性基本為。

但是還有一個(gè)區(qū)別不能被遺忘,相對(duì)于冷冰冰的石頭,我們的手是有溫度的。這就意味著如果是冷水不斷滴在我們手上的話,血管的遇冷收縮,會(huì)造成血流量而減少,肌肉組織便會(huì)因此缺血缺氧,最終的結(jié)果便是細(xì)胞受損,在冬天手上長的凍瘡就是這么來的。

當(dāng)然,如果不去計(jì)算時(shí)間的長短,也不給水滴的數(shù)量進(jìn)行設(shè)限,相信水滴真的可以穿手,只是估計(jì)在那之前整個(gè)手掌早就失去生命力了。

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