大家好，我是靳普，伴随着冠状病毒疫情带来的假期自动充值，作为平时一刻不得闲的科学家+工程师，我决定写一些论文提升一下逼格由于日常工作内容不便泄密，于是我灵机一动写了

 

大家好，我是靳普，伴随着冠状病毒疫情带来的假期自动充值，作为平时一刻不得闲的科学家+工程师，我决定写一些论文提升一下逼格由于日常工作内容不便泄密，于是我灵机一动写了一篇《忍者跑步姿势的空气动力学原理研究》，见娱乐朋友们且杀时间效果完美，于是打算编撰一部《忍者忍术科学研究与建模仿真计算分析合集》，其中《论螺旋丸内流动特性与毁伤性能的计算与分析》算是开篇大作。

作为一名90后，《火影忍者》算是陪着我成长的一部神作，更堪称为我等异类树立正确人生观的一部励志之作，相信能与之产生共鸣的人群甚广那么在进入科学研究之前，我们需要对忍术的历史和本质进行一些哲学和基本世界观定性的基本分析。

毕竟火影忍者硬分类的话应该算是神话或玄幻故事。虽然秉持着“世间一切皆可建模仿真”的科学精神来写这篇另类论文，但还是需要建立起科学世界观里的基本共识来。

第一章：综述忍术，源于中国上古周易体系中的阴阳遁和五行术是道家法术的一个基本面和主流分支，也是大多凡人修仙小说中的主流法术体系的基本路径在这个易学道术的体系里，在人的观测系中对应着：道生“一炁”、分“两仪”、谓“混元（三才）”、对“四象”、化“五行”、产“六气”、开“七经”、阖“八脉”等对应数术体系中0123456789每个维度中最核心的逻辑关系。

其中阴阳遁就是两仪之中描写的二维宇宙中最基本的两种关系：阴与阳那么咱们不要这么玄乎地被字面意思所疑惑说白了阴阳其实就是势能的宏观描述，阴往里收（类似于引力的吸力），阳往外放（类似于膨胀的张力）那么在一炁的混沌状态之上，阴阳因为它的基本特性分别形成了虚和实的关系。

如果把阴形象比喻成引力，那么阴气就会自发组成一个实体而达到实的状态（比如星球星系的产生）而如果把压缩空气里储存的势能比作阳，如果没有容器困住它，它就会自动膨胀直到势能被释放完为止从而达到虚的状态（阳对应的总是虚的、无法以实体对应的东西，比如能量）。

这与现代科学的解释并不矛盾，我们这个维度的宇宙万物由物质（阴）和能量（阳）组成且爱因斯坦老爷也非常完美地为我们用公式和事实证明过，阴阳之间是可以相互转化的鉴于宇宙中的阴阳处在一种动态平衡的状态，所以太极这个词就是古人用来描述这个平衡态的。

故宏观上能控制势能的法术统称为阴阳遁那么五行也自然有其相应的科学解释简单的讲五行是自然中常见的五种化学键和它们之间的反应关系既金木水火土对应金属中的离子键、生命体中的催化酶键（阱）、水中的氢键、火中的等离子键、和岩土陶瓷中的共价键。

那么五行中相生相克的关系自然也就可以用化学的方式去解释：火生土-被等离子体炙烤过的东西一般都会被氧化形成稳定的共价键；土生金-金属一般都是在有共价键的岩石中形成的；金生水-带有更强极性的金属离子键可以激发氢键形成；

水生木-生命中的复杂催化酶需要在氢键的帮助下才能生成；木生火-阱在反应位点上具有强烈极化分子的作用，使其形成可以发生剧烈氧化还原反应的还原剂，既我们常说的燃料那么反过来相克关系也一样，就不多赘述了所以能控制微观化学能和宏观化学能的法术自然就是五行术了。

火影忍者中主流的忍术体系就是阴阳遁和五行术，四象八卦这些东西虽然也有涉及，但八门遁甲和日向一族的八卦掌就留着以后慢慢分析吧顺道一提其实幻术略高级一点点，它是阴阳遁和五行术的一个结合因为让人产生幻觉从中医的角度讲首先要乱其阴阳升降，再佐以五行之气入其五脏，使生五情五味五音五色。

所以像红和鼬这样的幻术高手，虽然能量功率小，但能量的运化和控制精度可真是细致得很。

第二章：定义与单位那么如果要科学地分析忍术，需要对忍术的基础——­­­­­­­­­­­­查克拉作出起码不离谱的科学定义我们知道所有忍术的发动都需要查克拉作为能量基础，包括它也是忍者们体力、瞳力和脑力的基本能量来源。

根据片中对查克拉的解释，是忍者身体能量和精神能量的结合产生的一种类似底层基本单元的“气”。

咱不管它名字叫什么，一看身体能量和精神能量结合的产物，这不就是阴阳两仪合一产生的元气或宗气嘛，这跟中医和道家的理论好像没啥区别那么好，知道源头是什么就不难对它进行定义我们通过观察归纳的方法，可得知最基本状态的查克拉在放出身体的时候，是淡蓝色的，由此可知其自然频率大约在610THz，空气中波长约460nm，宏观观测类似半液体半气体的物性状态。

并且查克拉流动性看起来还挺好，可以塑形，推测有较大粘性，且能形成附面层，内部密度与流场分布不均，是典型的可压缩流体和非牛顿流体鉴于它是一种含能的负熵物质（因为可以拿来做功），且能通过结印或念咒语等媒介方式任意转化成五行中任何一种化学键和物质的形式（参考卡卡西老师教过的查克拉的性质变化），且查克拉通过阴阳变化（参考鹿丸的影子束缚术）还可以改变四大基本力和一干教科书上写的物理定律，同时可以直接在宏观与微观热力学层面直接改变一个物体的熵增和熵减（参考医疗忍术和时空忍术），所以推测它并不是简单的气液混合物，更像是某种超临界流体。

同时这种近乎万能、方便实用、储能密度极高、产运储几乎全自动化、全意念控制的智能化程度、可以同时气死爱因斯坦、波尔、海森堡、麦克斯韦、马拉努金和杨振宁等一众高能物理界传奇人物的查克拉，推测正是人类几个世纪梦寐以求的整合强相互作用、弱相互作用、引力与电磁力后基于“四大统一”产生之神力。

那么在数学上，我们只好乖乖的给它用微积分升一维，把梦寐以求的查克拉安放在五维宇宙的神坛上且鉴于后续剧情中介绍到查克拉来自外星，也符合这种高端定位“怪不得尔等中二病少女不管怎么努力练结印也用不出色诱术，因为你们在我大查克拉的眼中只是低维世界里一个色相的截面。

色即是空色即是空，南无阿弥陀fo…...”咳咳，跑偏了。好，万事勉强半全，咱们开始进入本篇《论螺旋丸内流动特性与毁伤性能的计算与分析》的相关主题。

第三章：初步分析大家都知道螺旋丸是鸣人贯穿几乎整个火影忍者的必杀绝技，那是一个单体爆发伤害极高的A级秒人忍术，倒在这一招之下的忍者没有上千也有成百且在疾风传后续被鸣人歪开脑洞魔改成了包含AOE伤害的大玉螺旋丸（其实日语里大玉“おゝだま”其实就是大粒儿或者大颗的意思，不得不感叹鸣人起名的随性和接地气程度）；。

包含高频AOE伤害、兼具物理法术两种伤害、加入风属性查克拉性质变换的风遁·螺旋手里剑；包含仙术查克拉的非忍术伤害仙术螺旋丸；包含九尾查克拉的红彤彤螺旋丸和融合了千鸟、天照和9种尾兽查克拉的诸多魔性转基因变种。

这里咱们可以复习一下排列组合公式：A和B和C和D和E分别代表普通丸和大只丸和风遁丸和仙术丸和九尾查丸，计算一共可以组合出多少种不同类型的丸......据不完全统计好像有40多种……大爷的，不说好是超难忍术么，为什么可编辑性这么好！

咳咳，言归正传未经魔改标准螺旋丸的基本原理是将查克拉在手上聚集成团，再用这个“丸”打爆别人的狗头我们目测螺旋丸的打击方式以物理接触为前提，毁伤模式以切削和磨削为主，隐含着柔性的动能传递毁伤机理但本着工科生一贯的严谨态度，我们要科普一下：。

刀头不动工件动的叫车，工件不动刀头动的叫铣。所以螺旋丸工业化类比的讲其实是一台用“超临界水”当作刀头的铣磨一体加工中心，只不过这机床不管加工什么，零件都当场报废而已。

我们看到这个过程里铣削和磨削的特征非常明显，往里进“刀”的时候，还有退屑和发热冒烟的现象。那么，我们对螺旋丸的分析要从2个方面展开，如题：1、螺旋丸的内流动特性；2、螺旋丸的毁伤性能。

第四章：螺旋丸的内流动特性我们按顺序来，首先讨论一下螺旋丸的内流动特性螺旋丸的工质既然是超临界流体，又是非牛顿流体，那么我们就要请出我们熟悉的老朋友——流体力学，来出面帮助我们理解螺旋丸的内流动究竟是怎样的过程与原理。

首先：我们需要进一步把查克拉的基本物性参数确定清楚，否则计算很容易出现跨数量级的偏差由于查克拉这种东西（它既不能称为物质也不能称为能量）在现实中并不存在，所以我们只能根据查克拉表现出的各种现象来进行脑洞推测。

1：密度查克拉可以半飘在空中，光凭这点的话推测与气凝胶密度相近，但由于其从身体放出时有明显的推力，所以肯定密度还是大于空气的但查克拉的密度看起来也许比水要低一些这里我们需要作一个假设由于忍者可以将查克拉集中在体表从而实现类似壁虎的吸附作用，所以查克拉的表面张力不能太小，否则两个脚的面积吸不住一整个人。

所以我们也认为它的粘性非常大。

同时忍者站在水面上通过往水中喷射查克拉可以维持水面行走和奔跑，那么这个查克拉的推力流量、速度以及密度之间是正相关的，这就像在脚下装了俩火箭以反作用力实现悬浮一样的原理由于忍者站在水面上时水面看起来很平静，所以显然它的流速不会太高，那么要实现托起100来斤的体重，流量自然不能太小。

但我们看过水面行走的原理示意图，它喷出的查克拉柱体积也不大。那么这么大的流量情况下，体积也不大，流体的密度就必须不低了。

参考现在很流行的背个喷水背包在海上飞来飞去的极限运动，看那个水柱的流量，我们粗略估算，看来查克拉的密度需要比水高出1.2-1.5倍。

这里为了简化计算，我们就取1吧，跟水的密度一样（不过请注意假设中丢掉的这个0.5的密度会大幅降低螺旋丸的理论威力！）2：雷诺数雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。

它实际上反映了流体流动中惯性力与黏滞力的比惯性力较大时，Re较大，超过4000为湍流，黏滞力较大时，Re较小，小于2000时，为层流湍流与层流这两种流型的质点运动方式有着本质的区别流体质点的运动方式，影响着流体的速度分布，流动阻力的计算以及流体中的热量传递。

参考主动脉中的血流雷诺数约1000，层流和湍流的边界在2300我们通过观察可以判断螺旋丸的内流动有这明显的层流的清晰边界，但这个边界是分层的，有可能在某一圈是湍流，某一圈是层流，所以我们就取个整数用2000吧。

3：粘度系数不同流体的粘度差别很大我们查表得到一些有效的参考：在压强为101.325kPa、温度为20℃的条件下，空气、水和甘油的动力粘度和运动粘度为：空气μ＝17.9×10-6 Pa·s，v＝14.8×10-6 m2/s。

水μ＝1.01×10-3 Pa·s，v＝1.01×10-6 m2/s甘油μ＝1.499Pa·s，v＝1.19×10-3 m2/粘性是真实流体的一个重要输运性质，定义为流体在经受切向（剪切）力时发生形变以反抗外加剪切力的能力，这种反抗能力只在运动流体相邻流层间存在相对运动时才表现出来。

从分子运动论的观点看，可以认为粘性是由于具有不同速度的相邻流体层之间的分子交换而产生的动量迁移的结果，是分子热运动引起的动量输运牛顿粘性定律指出，在纯剪切流动中相邻两流体层之间的剪应力（或粘性摩擦应力）为式中dv/dy为垂直流动方向的法向速度梯度。

粘度数值上等于单位速度梯度下流体所受的剪应力那么我们认为查克拉的粘性应该是比较高的，这点虽然与绝大多数超临界流体物性相反，但是我们毕竟还是见过尾兽之衣中咕噜咕噜像果冻一样的查克拉，所以这点咱们按反常识而重观测的结果取数值50-100Pa·s。

第二步：为了建模，我们需要参照螺旋丸的内流动模型去寻找一个流动的型线其实最难的是确定型线如果我们并不知道螺旋丸是怎么流动的，我们很有可能算出来的结果都是扯淡的这里找几张标准的螺旋丸作为视觉参考：

我们能看出它能分出三个流动界面最里面有一个圆核，推测是能量流动的中心层，线速度较低，但亮度更高，理论上是能量密度最高的奇点第二层是典型的流动层，应该是以层流为主，夹杂部分湍流流动纹理较清晰，且有较为明确清晰的边界。

第三层是漏在能量球外的尾际线和光圈，这个大概率是从第二层流动中超过了“第一宇宙速度”的某些能量流没被压住，甩出来以后形成的型线到这里就很尴尬了，因为光观测标准的螺旋丸无法得出其旋转型线的数学模型

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