为了保护海洋动物和促进海洋环境的可持续发展，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）和保加利亚索非亚大学的一个跨学科研究小组正在深入研究浮力物体在水气界面的流体力学。通过研究这些动力学，他们的目标是扩大对流体流体力学和复杂表面相互作用的理解，并推动海洋工程系统、浮标系统和水下航行器的设计和性能等领域的发展。

研究人员正在探索浮力物体在空气-水界面的流体动力学，以加深我们对流体动力学的理解。他们的研究揭示了复杂流体动力学的关键见解，这些发现有可能给各个领域，尤其是海洋工程领域带来革命性的变化。

在 AIP 出版社出版的《流体物理学》（Physics of Fluids）一书中，研究小组介绍了浮力球（即跳石）在空气-水界面的动力学研究。他们的研究揭示了形成水平气穴以及漂浮和跳动之间过渡所涉及的复杂流体力学。

研究小组视频中的一张快照，显示了一个稳定移动的水平球体，附带气穴的形成。资料来源：Farrukh Kamoliddinov、Ivan U. Vakarelski、Sigurdur T. Thoroddsen 和 Tadd T. Truscott。

浮力背景下的流体力学和物理学研究涉及几个关键原理：浮力、流体力学、流体阻力和雷诺数。浮力是指对浸入流体中的物体施加的向上的力，而流体力学则侧重于流体的运动及其与固体物体的相互作用。

流体阻力或称阻力，是指物体在流体中运动时，由于其表面与流体之间的摩擦而产生的阻力。这种阻力取决于物体的形状、大小、速度和流体特性等因素。为了进一步分析流体行为，科学家使用无量纲参数雷诺数来确定物体周围的流动类型。

研究小组的主要发现之一是，随着拉力和球体速度的增加，它们的行为变得更加不规则。共同作者、卡亚科技大学的法鲁克-卡莫利迪诺夫（Farrukh Kamoliddinov）说："球体表现出振荡运动，潜入水中，升向水面并刺穿水面，在水平方向上附着在水下气穴中。"

他们还发现，拉力角越大，气腔长度越不同，跳跃距离越大，出水时间越早，这意味着拉力角在浮力球的流体力学中起着重要作用。

空腔在一定距离内以恒定的速度保持稳定的水平运动。气腔的形成表现出明显的特征，包括倒置的翼形和后面的湍流尾流。这种稳定而受控的水平运动为复杂的流体动力学提供了启示，并为进一步的探索和应用打开了大门。

卡莫利迪诺夫说："了解浮力球动力学和空腔的形成，可以激发海洋工程以外领域的新设计和创新。"它有可能带来新的新型推进系统、减少阻力策略、流体推进系统以及利用浮力球特性的流体装置。"