鱼虾、海豚和鲸类跃出水面的画面相信大家一定不陌生，对这些水生动物来说，这似乎是再平常不过的动作了。然而，对小小的浮游生物来说，做“出水芙蓉”却很不容易，甚至连科学家们都会为此操心。最近，在英国皇家学会的《界面》（Interface）期刊上刊登的一项研究就一本正经地研究了浮游生物如何蹦出水面的问题。为什么要研究浮游生物？这是因为，个头特别小的它们在穿过水面时会遇到很多困难。
这一切要从水的表面张力开始说起。对于个头大和个头小的生物而言，表面张力可以产生截然不同的影响。当一个物体穿过水和空气的界面时，表面张力会带来一些阻碍的作用，而这种阻碍会带来多大的影响取决于液面发生弯曲的程度，也就是曲率半径。一个小号的物体试图穿过液面时，会让液面局部弯曲得更厉害、曲率半径更小，而这时液面上产生的张力也会越大。
表面张力的特点使个头小的物体更难穿过水面，对于水而言，这样的效应在物体个头小于三毫米时就会很明显。对于个头大的动物来说，表面张力几乎不会带来什么阻碍，只要克服重力就可以游出水面了；而对于只有几毫米大的浮游生物而言，表面张力的作用则会盖过重力，成为巨大的阻力来源。很多浮游生物其实是没法克服这种阻力的，对于它们而言，水和空气的界面就像是一堵墙一样难以逾越。
一只浮游生物大型蚤（Daphnia magna）。在实验观察中，它们始终无法穿过水面。原视频来自论文。但是，也有一些浮游生物同样个头很小，却能够冲破屏障、飞出水面：夏唇角水蚤Labidocera aestiva是一种个头更小的浮游生物，但它却不会受到水面的禁锢。原视频来自论文。
这又是为什么呢？答案其实很简单：它们速度快。这听起来似乎是句显而易见的废话，不过这一次研究者们可是架起高速摄像机，真正进行了定量分析的实验。他们不仅观察了浮游生物的举动，还用塑料小球进行模拟实验，确定了在不同条件下这些小尺寸物体想要冲出水面所需的速度。两个以不同速度冲击水面的毫米级小球。速度较快的一个成功冲破水面，而速度较慢的一个则弹回了水中。原视频来自论文。
这看起来似乎又是一项关注点很奇怪的研究，不过它也有自己的实用价值。毕竟，现在很多科学家和工程师都希望研发尺寸超迷你的机器人用于水中作业，这时候，怎样冲破表面张力的阻碍就很值得讨论了。此外，表面张力对微小颗粒的影响在废水处理等行业也很有用。不同大小、速度条件下冲击水面的结局。落在蓝色区域的可以跳出水面，粉色区域则会被弹回。模拟实验的结果与浮游生物的实际情况相符。图片来自原论文。
那么，图中那只漂亮地飞出了水面的小水蚤，它“冲击”水面时的速度究竟有多快呢？答案是1.09米/秒，考虑到它仅有1.68毫米的身长，这可真是一个令人惊叹的速度呢。（编辑：窗敲雨）PS：这样看来， 能在水面上愉快跳跃的海豚们还是很幸福的……如果你还没看够刨根问底爱好者，你离答案只隔一道“果壳传送门”而已！返回对话，戳这个按钮→