盘点那些懂物理学的动物有哪些(水黾)
如果一只动物在觅食的过程中不小心从树顶掉下来,它们就不会知道这是地球的引力。然而,理论的不足并不意味着这些动物就不会用困难的物理定律来练习。当我们掌握了一些物理知识后,我们就能理解一些让人难以置信的动物“神技”和生活习惯。
这种动物会“轻功”
水面上,一只动物悠闲地飘着。它很苗条,有六条腿。它能平稳地踏在水面上,不怕弄湿或沉入水中。它是水黾。为什么水黾不会因为重力而下沉?
任何学过物理学的人都知道,如果物体的重量小于液体的浮力,它就不会下沉。因此,水上行走者要想在水上顺利行走,就需要有很大的浮力。就像希腊科学家阿基米德指出,物体的浮力等于液体下沉时的重力。但是,它是在液体的外表面,而不是在液体中,因此需要应用不同的计算规则。
无论是落叶还是水黾,当它们落在液体表面时,决定浮力的主要因素有两个:一是液体表面产生的张力的强度,二是生物与液体接触的表面积。
所谓液体张力,就是它的表面会像蹦床一样紧绷而富有弹性。水的表面张力很大。水行侠的脚只要平放在水面上,与水的接触面积就可以达到100%到一平方厘米,产生的浮力足以使水上漫游者保持一种轻盈的姿势。这就是为什么大多数水黾可以在水上安全地行走甚至跳跃。

长得太“胖”,也能飞得高,跳得远
早在20世纪初,一些学者用传统的空气动力学定律证明大黄蜂是不可能飞行的,因为它们的身体太胖,翅膀太小,产生的推力比大黄蜂的体重还大。事实上,大黄蜂不仅能正常飞行,还能飞出比珠穆朗玛峰高100多米的高度。那么这些学者错在哪里了?
原来他们用的模型太简单了。他们假设黄蜂不拍打翅膀,像飞机机翼一样坚硬,而忽略了黄蜂翼尖的轨迹。
与其他昆虫相比,大黄蜂拍打翅膀的频率更高,每秒150次,以产生升力。此外,大黄蜂翼尖的轨迹不是简单的上下运动,而是呈“8”字形或“Q”字形轨迹。当大黄蜂向下拍打翅膀时,这个轨迹会在翅膀的前缘产生一个叫做前缘涡的空气涡。这种漩涡的存在会在黄蜂翅膀上方形成一个低压区,类似于一个小旋风,使黄蜂获得向上的升力。
蜘蛛善于利用静电
漫威漫画中最受欢迎的超级英雄之一是蜘蛛侠。蜘蛛侠有很强的攀爬能力。他可以徒手攀爬高楼的外缘,甚至可以在天花板上自由穿梭。在与敌人作战时,他还可以喷洒蜘蛛丝,使之牢牢地粘在一起。虽然蜘蛛侠在现实生活中并不存在,但在动物世界中却有一个真实的蜘蛛侠版本。蜘蛛能在屋檐和墙上飞的原因在于它们的脚。从力学角度看,当两个固体表面相互靠近时,它们之间的相互作用非常复杂,包括范德华力、静电力、耦合力、毛细力等。蜘蛛的脚上有很多刚毛。当它们与物体表面的分子相互作用时,就会产生范德华力。范德华力是中性分子相互靠近时产生的一种弱电磁力。大量范德华力的叠加足以支撑蜘蛛的重量。
除了爬行,蜘蛛也非常善于捕食。很多人可能会认为蜘蛛的网是粘性的,小蛾子、蚊子或其他动物在飞行过程中碰到蜘蛛网就会成为蜘蛛的食物。然而,这些小动物并不是都被蜘蛛网误抓了。

隐形海马
矮海马只有2.5厘米长,被称为“世界上最慢的鱼”,每小时只能走1.5米。如果水下有100米的冲刺。这些尖头、卷尾的生物需要将近三天的时间才能到达终点,但从生理角度来看,它们缓慢的生活方式也是有道理的。
在温暖的加勒比海,住着矮海马和大多数鱼类都爱吃的桡足动物,它们是毫米大小的透明甲壳类动物。桡足类为了躲避遍布海洋的凶猛敌人,有着灵敏的触角,能探测到最小的液体运动。一旦探测到水中的运动,桡足类在一秒钟内可以游出500倍于身体距离的距离,而猎豹在一秒钟内只能跑出30倍于身体距离的距离。
面对赛跑冠军的猎物,慢吞吞的海马要想吃到猎物就得蹑手蹑脚。好在海马的头部是一个又长又窄的三角形,这样可以更好地抵抗液体阻力的干扰,使水不会有太大的震动。
狗狗的甩干大法
把棍子扔进水里,受过训练的狗会直接跳进水里把棍子捡起来。问题是狗的毛很厚。被打湿后,身体会很重。一个27公斤的湿狗皮毛将含有0.4公斤的水,狗将消耗身体热量的20%来除去水分。那么,狗是如何保持自身干燥的呢?

利用人体热量加热空气和蒸发水分需要大量的能量。于是,狗选择了另一种方式——甩干自己。狗的抛水动作会从头部开始,能量波会以头部为参照点传播到身体其他部位,头部扭转幅度越大,波的幅度越大。当狗使用“甩干”法时,虽然身体的频率与皮层相同,但身体不能像皮层那样扭曲,因为皮层比较松弛。当身体剧烈摆动时,毛发的摆动幅度大于身体和头部,因此加速度会增加。这种行为就像挥舞鞭子。
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