当雨滴落入水坑或池塘时，若其动能充足，就会引发类似冠状的
飞溅
现象，产生大量快速飞散的
次级液滴
，
并将水面
上的微粒一并抛向空中。一直以来，科学家都认为深入研究这一现象对于医疗、农业和工业等多个领域都意义重大。
尽管飞溅现象无处不在，但其动态过程却极其复杂且转瞬即逝，使得相关物理机制长期以来成谜。现在，在一项新的研究中，一个研究团队利用高速成像技术
首次完整记录了液滴溅入深水池时的全过程，并详细揭示了在水面之上和水面之下的动态变化
。
利用超高速摄像技术，新研究逐毫秒捕捉了液滴撞击深水池时液体演变的全程细节。（图/Dandekar et al. / MIT News）
之上与之下
当液滴撞击水池时，其冲击不仅
冲破
水面，还会将空气拖入池底，形成一个短暂的
空腔
。几乎就在同一时刻，一层液体迅速从水面升起，形成一个类似“王冠”的结构。实际上，在早期的研究中，科学家就已捕捉到液滴飞溅的瞬间影像，例如依靠开创性的高速摄影技术拍摄到的“牛奶滴冠”照片。
著名的“牛奶滴冠”图片，于1957年1月10日由Harold Eugene所拍摄。（图/Harold Eugene via MIT Museum）
近年来，一些研究在模拟水池中液滴飞溅时水下空腔的演变方面取得了进展，并将其主要应用于能量收集领域。然而，对于液滴撞击后水面上形成冠状结构如何受到水下空腔影响，依然知之甚少。研究人员认为，水面上下所发生的现象描述之间的脱节，限制了对液滴如何将化学物质、颗粒和微生物喷射到空气中的准确预测。
超高速成像下的飞溅细节
在新的实验中，研究团队设计了一套专门的实验装置，将水滴释放入深度至少为
20厘米
的水池中，确保飞溅过程不受池底干扰。实验中，他们调控了液滴的尺寸
（平均直径约5毫米）
和投放高度，使液滴以不同速度
（平均约5米/秒）
撞击水面。这种设置与暴雨时发生在水坑或池塘中的情景极为相似。
接着，团队以
每秒12,500帧的超高速率
记录了整个飞溅过程，并通过专门的图像处理方法提取出关键数据——
包括水下空腔的宽度与深度变化，以及上升的冠状结构的直径与高度演变
。尤其难以捕捉的是冠状结构的壁厚、轮廓及内部流动特征，也就是从水池中升起的
液柱
在形成边缘和尖点前的细微变化。
研究人员认为，圆柱形的液壁
及其在时间和空间中的演变，是一切的核心。GIF已被修改为每秒5帧。（图/Dandekar et al. / MIT News）
研究人员指出，
这一
圆柱形的
液壁
及其在时间和空间中的演变是整个飞溅过程的核心
——它不仅连接了池中液体与即将形成边缘的液体，还为喷射出更小的次级液滴提供了条件。
最终，他们将影像数据整理为一组“
演化方程
”，构建了一个闭合式的数学模型。该模型将液滴撞击时产生的空腔宽度、冠壁厚度与速度分布等特性，与液滴的初始尺寸及撞击速度联系起来，描述了这些特性随时间的变化，从而预测液滴撞击水池时形态的变化
与合并过程
。
