还记得今年夏天，那些跟风在天津海河跳水的游客吗？据报道，仅两天时间，天津蓝天救援队就从河中救起14人，其中7人因跳水姿势不对昏迷（光明网9月7日报道）。
但同样是扎入水里，那些海鸟却没一只有事的。
比如鲣鸟，它们在距水面30米高（有时甚至100米）的地方飞行，一旦发现爱吃的鱼，就收拢双翅，头朝下，像一颗颗流星溅入湛蓝的大海，扎进水里的速度可以达到24m/s。
鲣鸟俯冲的瞬间 （图片来源：Paddy Ryan）
因为冲的速度太快，想要抓拍它的入水瞬间就得用到高速摄影。摄影师史蒂夫 · 沃德(Steve Ward)抓拍到塘鹅俯冲进水这张照片时，设定的拍摄频率一秒内可以拍摄十张图片，才幸运地拍到了喙尖触抵水面的一瞬间。
图片来源：Steve Ward
图片来源：Steve Ward
那问题来了，凭什么这些海鸟可以高速俯冲进水，却没出事呢？
一位在弗吉尼亚理工学院仿生流体实验室做研究的科学家想搞明白其中的道理。
实验动物：一只死去的鸟想要做实验，得先找来实验动物，因为在野外通过设备拍摄记录观察分析，总归得到的数据还是不够精确的，更别说一些力学相关的数据光靠观察压根就拿不到。
如果你想捉一只活鸟，然后让它在实验室里从高空俯冲进水里也不大现实，一来没那么好捉，二来鸟不听人话不受指挥，三来通不过实验动物福利伦理审查。
所以科学家想到了一个其他的办法，从博物馆借来了一只死鸟标本（塘鹅），一个可以反复折腾的实验动物。（据报道，在和博物馆提出请求时，科学家也没说明自己用来做什么，估计是他跟博物馆关系很好的缘故吧。）
拿到实验材料的第一件事自然是了解其形态学特征，科学家测量了这只塘鹅的颈部半径只有2cm，头骨半径只有2.5cm，颈部长度长达21cm。另外，他还对鸟的头颈做了解剖和CT扫描，好对其进行建模分析。塘鹅的脖颈真是又细又长，真的难以想象，这么细长的脖子在面对水面如此大的冲击力时不会折断。
塘鹅头骨 （图片来源：文献）
死鸟的躯干是软的，如果把它猛地扎进水里，那肯定不能模仿真实的海鸟入水场景，所以科学家把这只死塘鹅放进了冰箱里，冷冻它，让它的脖颈硬挺一些。
为什么它的脖子不会折断？
图片来源：文献
之后，科学家便把冻好的塘鹅带到了有水箱的实验室，进行一系列的坠落水面测试，同时用高速摄影机拍下它入水的所有镜头。
通过高速镜头的慢动作，科学家看清了塘鹅入水的全部细节。当冰冻塘鹅以5.5m/s的速度扎入水面时，可以看到它在钻入水的过程中产生了一个空腔（下图紫色部分），避免了水对颈部产生直接压力。
图片来源：文献
之后科学家用3D打印了一个圆锥体，相当于简化的鸟头模型，用一根柔性橡胶作为鸟的颈部，再把这个实验模型扎入水中做受力分析。期间会不断改变圆锥的尖锐度、“颈部”的长度和落水的速度这些参数，看脖子会不会折了。
图片来源: 文献
很明显，速度越快，击穿水面的阻力越大。当超过一定的速度时，橡胶制成的脖颈便会出现弯曲，并且速度越大，“脖颈”的弯曲幅度也会增大。
超过一定速度时，“颈部”出现弯曲 图片来源：文献
经过科学家的综合分析，发现塘鹅的颈部不会折断，有好几个原因：第一个便是它尖尖的喙，尖锐的角度可以减小穿越水面的阻力；第二便是它在冲入水面后的颈部肌肉是保持收缩的状态，让颈部保持伸直的状态，在入水过程中起到稳定的作用；第三便是它恰到好处的颈脖长度，如果过长就会增加折掉的风险。
收缩肌肉有助于保持颈部伸直，在入水过程中起到稳定的作用。（图片来源：文献）
人类跳水的极限在哪儿？（看看就好，别随便尝试）
那塘鹅入水的极限在哪？经过科学家分析，理论上塘鹅的脖子似乎最高可以承受高达80m/s的撞击水面速度，一旦超过该数值，颈部便会折掉。很明显，塘鹅还是相当保守的，平时冲进海里捕个小鱼小虾，用的速度最多也就是24m/s，还不到其承受的最大速度的三分之一。
到这，你肯定很想知道人类的跳水极限在哪。有科学家做了一个研究，对比了不同动物和人类的落水冲击力学对比，分析了人分别以头部、手部（标准跳水姿势）以及脚部不同姿势落水对肌肉和骨骼的影响。
结果发现，在理论研究中，人类以头朝下的落水姿势是最愚蠢的，因为这样造成的伤害最高。如果以这种姿势落水，在跳水高度达到8米的时候，就会对人类的颈部肌肉和颈椎造成伤害。
当然，用手部放在头部前方的落水姿势也不是无敌的，根据科学家的计算，只要高度达到了12米，落水的时候也可能会造成锁骨受伤。
那脚踩水面的直愣愣落水姿势呢？这种姿势只要跳水高度到了15米，那膝盖就成了最容易受伤的部位。
不过，这一切都是基于僵硬的模型理论计算的，毕竟人是活的，在跳水过程中是会主动调节肌肉的收缩和韧带的张力的，所以以上计算出来的数值只提供了保守的估计。
但不管怎么算，人体的肌肉和骨骼的强度是有极限的，到了某个高度，该受伤的还是会受伤的，如果有人从在平流层的飞机跳到海面，那大概还是得挂了。另外，人与人的体质还是不能相提并论的，这只是一个参考而已。
所以，假如你真的不会跳水， 但又很想跳，那建议你先读下几个月前的这份安全提示：
（以上内容内容节选自天津市游泳协会倡议书)
如果你还是很想跳，建议可以直愣愣地踩着水下去，最好的情况还是要脚面绷直，脚尖首先插入水中，这样会减少入水的阻力。
总之，小心点。
参考文献：
[1]https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1608628113
[2]https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abo5888?_ga=2.16048245.270011380.1659334898-1876180200.1571310314&adobe_mc=MCMID%3D82084948967114409292821842233727012643%7CMCORGID%3D242B6472541199F70A4C98A6%40AdobeOrg%7CTS%3D1659604094#sec-3
[3]https://news.cctv.com/2023/09/06/ARTIAmrQhDmbsnFIRcbuhVOa230906.shtml
作者：苏澄宇
