Vatten kommer lätt att stoppa en kula, men det kan inte hindra en boll att sjunka i en bubbla.

Detta är det anmärkningsvärda resultatet från en serie experiment som för första gången har visat objekt som sjunker i vatten med nära noll motstånd, äntligen bevisar en 1700 -tals teori i fysik.

Simmare upplever det, fiskar har utvecklat sina snygga former för att minimera det, fartyg saktas av det, och ubåtar använder stora mängder energi för att besegra den. Drag saktar ner allt i vatten, och att ta bort det är vätskemekanikens heliga gral.

Förbättringar på bara 5 eller 10 procents minskning av luftmotståndet kan ha stor inverkan på bränsleeffektiviteten och hastigheten, men tänk om du minskar motståndet med 1000 procent?

Ett team av forskare från University of Melbourne, Snälla Abdullah University of Science and Technology Saudiarabien, och Institute of High Performance Computing i Singapore har knäckt det. Deras resultat publiceras i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Experimentet ser enkelt ut. Släpp en 2 centimeter bred metallkula i en djup pool. Bollen bildar en stor gasbubbla i form av en långsträckt tårdrop runt sig själv och sedan sjunker bollen-plus-bubblan ihop. Räkna ut och det visar sig att den här bollen upplever tio gånger mindre drag än ett fast föremål med samma form.

Det ser enkelt ut, men det är det inte. Detta experiment kräver en mycket speciell uppsättning villkor, och teamet har spenderat år på att förstå sin teoretiska grund.

Det börjar med bollen, eller för att vara specifik, två bollar.

"Det finns två sätt att skapa dessa gaslager, "säger professor Derek Chan, en matematiker från University of Melbourne, och en av studieledarna.

"Den första är att värma en metallkula till en mycket hög temperatur, och den andra är att använda en superhydrofob yta.

"För det första, vi värmer bollen till 400 grader Celsius, och vi värmer vattnet till 95 grader Celsius - strax under dess kokpunkt.

"När bollen träffar vattnet kokar den en liten mängd vatten omedelbart runt den, skapa ett lager vattenånga. Vid rätt kombination av kul- och vattentemperaturer blir detta lager stabilt, så bollen är helt innesluten i gasen. Vi kallar detta en Leidenfrost -stat. "

Detta är "insidan ut"-versionen av fenomenet som de flesta kockar regelbundet skulle se när de tillsätter små mängder vatten i en mycket het panna, och vattendropparna skidrar över pannan, eftersom de förhöjs av en ångfilm som upprätthålls av den heta ytan.

Den andra typen av boll fungerar genom att stöta bort vattnet runt den. Hydrofob betyder bokstavligen 'vattenhatande'. Tänk på vattenpärlor och kör av en Goretex -jacka. Och när något är superhydrofobiskt, det hatet går djupt.

Bollen är belagd i en produkt som heter Glaco Mirror Coat Zero, den säljs faktiskt som en spray-on vattenavvisande beläggning för sidospeglar på bilar. Det är så effektivt vid avstötning av vatten att bollen bibehåller ett lager av gas mellan sig själv och vattnet under de rätta förhållandena även när den är helt nedsänkt.

"Fördelen med den superhydrofoba beläggningen är att den fungerar i vatten vid rumstemperatur, säger professor Chan.

Dr Ivan Vakarelski och professor Sigurdur Thoroddsen, som leder King Abdullah University-delen av teamet, säg att det finns många sätt att minska drag.

"Dimples på golfbollar är ett exempel, som mönstret på en hajskinn, "säger Dr Vakarelski.

"Att släppa ut luftbubblor framför ett föremål som rör sig i vatten kan avsevärt minska luftmotståndet, som kan med hjälp av en hydrofob yta. "

Professor Thoroddsen säger att tanken bakom alla dessa strategier är att ändra hur vätskan - som vatten eller luft - flyter runt objektet, särskilt precis bredvid föremålet, vid det som kallas gränsskiktet.

"I våra tidigare experiment, vi har stabila gaslager runt dessa bollar, men de var mindre än 1 millimeter tjocka, " han säger.

"Detta bidrog till att minska motståndet med 10 eller 20 procent, men detta var inte tillräckligt, så vi började tänka på sätt att skapa en större bubbla runt dessa bollar. "

De började tappa bollarna från olika höjder, och fann att i precis rätt höjdintervall, ett stort gashålrum skapades runt bollen, och denna form bibehölls när bollen sjönk genom vattnet.

Dr Evert Klaseboer från Institute of High Performance Computing och professor Chan som gjorde den teoretiska analysen och modelleringen är glada över hur denna upptäckt har tagit ett rent teoretiskt koncept och gjort det verkligt.

"Det finns en välkänd teori inom detta område, att dragkraften på ett idealiskt objekt, med en fri halkyta, kommer att falla till noll, säger Dr Klaseboer.

"Detta är den välkända d'Alemberts paradox och vårt resultat är ett 2000-talsförverkligande av ett teoretiskt resultat från 1700-talet.

"I studien av vätskedynamik, Vi har alltid använt en hypotetisk sfär eftersom vi inte har kunnat skapa ett föremål med en fri halkyta-förrän nu.

"Bollens rörelse, som den tidigare nämnda golfbollen, är omöjligt att förutse med en matematisk formel på grund av den kaotiska effekten av turbulens, men sfären-i-håligheten har ingen turbulens och kan beskrivas med mycket enkla ekvationer. Det kan bli ett läroboksexempel på några grundläggande hydrodynamiska teorier. "

Denna forskning har viktiga konsekvenser för utvecklingen av energieffektiva marinfordon.

"Nuvarande teknik förlitar sig på insprutning av gasbubblor nära skrovet, säger professor Chang.

"Även under utveckling är fordon som har en superhydrofob yta som naturligt kan upprätthålla tunna luftlager.

"Dessa teknologier kan uppnå 10 eller kanske 20 procents minskning av luftmotståndet, medan vårt experiment visar att för bästa fall, en storleksminskning är möjlig.

"Detta sätter nu målet för framtida forskning inom detta område."