自然界和生物界也有形形色色的入水问题。

如翠鸟，鲣鸟等平时在空中飞行，发现猎物后会以近乎垂直的角度突然俯冲下来进入水中，靠惯性入水并抓捕鱼类。

那么，这些动物是如何做到姿态可控且轨道稳定去捕捉鱼类呢？

研究发现这些以鱼为食的鸟类通常具有尖锐的喙和细长的脖子，入水前翅膀夹紧身体像箭一般刺入水中，最大限度地优化自身入水的水动力学特性。

而且翠鸟入水通常只会激起非常小的水花，这样便可在入水后保持更快的速度、潜入更深的水中以提高捕食到鱼类的机会。

入水之后通过调整翅膀的伸展控制姿态，迅速捕食猎物。

翠鸟入水过程照片，入水前空中姿态（左）入水后姿态控制及空泡形态（右）｜图片来源：veer图库

科学家非常关心这些水鸟如何在高速入水的过程中不受到伤害。

一项发表在《美国科学院院报》的研究通过对一种北方塘鹅（northern gannet）的标本进行入水实验。

发现海鸟在入水之前会努力收缩肌肉，通过肌腱保持骨头的稳定性使脖子伸直，以降低入水产生的巨大冲击载荷导致的受伤风险。

由此，科学家们建立了海鸟入水的安全速度理论预测模型，并为人类的活动提供了参考。

比如中国跳水"梦之队"运动员入水，身体与水面垂直时激起的水花最小，这样看起来与翠鸟的入水姿态有几分相似。

跳水比赛运动员入水前姿态和入水后的水花

这种自然界和生活中的入水现象也被成功应用于实际工程中。

MIT的Tadd Truscott教授通过优化弹头的形状，使子弹始终贴在空泡表面的一侧从而获得稳定弹道。

英国帝国理工学院研制的"塘鹅"入水飞行器，在空中飞翔时会保持为"固定翼"的状态。

当要入水时，先把机翼收起折叠成一条细线，再模仿塘鹅捕食时的姿态俯冲入水。类似的工程问题还包括水上飞机的着陆，航天器水上降落和回收等等。

针对入水弹道稳定性的子弹形状优化

△a：常规子弹入水弹道失稳旋转；b：优化后子弹形状弹道保持稳定；c：子弹形状对比；d：优化子弹入水空泡的理论与实验分析

英国帝国理工学院研制的AquaMav（塘鹅）跨介质飞行器样机｜样机入水照片（左）真实塘鹅入水照片（右）

不难发现，入水后物体的运动，仍与力学原理息息相关。

老子的《道德经》中讲，故恒无欲也，以观其眇(妙)；恒有欲也，以观其所噭。

意思是说，平常要处于一种"无欲"的状态，去观察大自然和生活中有趣的问题，然后再进入"有欲"的阶段，通过人本能的求知欲来寻找现象背后的奥秘。

所以，如果我们能够善于在日常观察中寻找科学发现契机，采用严谨认真的分析归纳出一般规律，就能够更好地运用这些规律解决实际问题。

参考文献

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