盘点那些懂物理学的动物有哪些（水黾）

发布者：华山欧阳锋 2024-1-22 08:19

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。

盘点那些懂物理学水黾

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