為了保護海洋動物和促進海洋環境的可持續發展，沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）和保加利亞索非亞大學的一個跨學科研究小組正在深入研究浮力物體在水氣界面的流體力學。通過研究這些動力學，他們的目標是擴大對流體流體力學和復雜表面相互作用的理解，並推動海洋工程系統、浮標系統和水下航行器的設計和性能等領域的發展。

研究人員正在探索浮力物體在空氣-水界面的流體動力學，以加深我們對流體動力學的理解。他們的研究揭示了複雜流體動力學的關鍵見解，這些發現有可能給各個領域，尤其是海洋工程領域帶來革命性的變化。

在AIP 出版社出版的《流體物理學》（Physics of Fluids）一書中，研究小組介紹了浮力球（即跳石）在空氣-水界面的動力學研究。他們的研究揭示了形成水平氣穴以及漂浮和跳動之間過渡所涉及的複雜流體力學。

研究小組視頻中的一張快照，顯示了一個穩定移動的水平球體，附帶氣穴的形成。資料來源：Farrukh Kamoliddinov、Ivan U. Vakarelski、Sigurdur T. Thoroddsen 和Tadd T. Truscott。

浮力背景下的流體力學和物理學研究涉及幾個關鍵原理：浮力、流體力學、流體阻力和雷諾數。浮力是指對浸入流體中的物體施加的向上的力，而流體力學則側重於流體的運動及其與固體物體的相互作用。

流體阻力或稱阻力，是指物體在流體中運動時，由於其表面與流體之間的摩擦而產生的阻力。這種阻力取決於物體的形狀、大小、速度和流體特性等因素。為了進一步分析流體行為，科學家使用無量綱參數雷諾數來確定物體周圍的流動類型。

研究小組的主要發現之一是，隨著拉力和球體速度的增加，它們的行為變得更加不規則。共同作者、卡亞科技大學的法魯克-卡莫利迪諾夫（Farrukh Kamoliddinov）說：”球體表現出振盪運動，潛入水中，升向水面並刺穿水面，在水平方向上附著在水下氣穴中。”

他們還發現，拉力角越大，氣腔長度越不同，跳躍距離越大，出水時間越早，這意味著拉力角在浮力球的流體力學中起著重要作用。

空腔在一定距離內以恆定的速度保持穩定的水平運動。氣腔的形成表現出明顯的特徵，包括倒置的翼形和後面的湍流尾流。這種穩定而受控的水平運動為複雜的流體動力學提供了啟示，並為進一步的探索和應用打開了大門。

卡莫利迪諾夫說：”了解浮力球動力學和空腔的形成，可以激發海洋工程以外領域的新設計和創新。”它有可能帶來新的新型推進系統、減少阻力策略、流體推進系統以及利用浮力球特性的流體裝置。”