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生物形态与运动_趣味仿生学

时间:2020-02-09百科知识联系我们
生物形态与运动_趣味仿生学

生物形态与运动

现代的各种交通工具,如汽车、飞机、舰船等,均需要一定的工作条件,若在崇山峻岭或沼泽中则无法工作。但自然界中有各种各样的动物,在长期残酷的生存斗争中,它们的运动器官和体形都进化得特别适合在某种恶劣环境下运动,并有着惊人的速度。

昆虫是动物界中跳跃的能手,许多昆虫的后腿特别发达,跳跃的本领异常高超。

就目前研究所知,叩头虫和蚤类为动物界跳跃的冠亚军获得者,它们的跳跃高度一般为其体长的几十倍、而且无须助跑,就会产生极高的加速度。而集跑、跳、飞于一体的全能冠军,则非蝗虫莫属。它有着异常灵活、机动的运动能力,给农作物带来巨大灾害。但若抛开这一点,单独研究其运动形态,则会给我们以很大的启迪。如果研究出了它的运动奥秘,则对目前飞机的改进有很大的促进意义,倘若离开了跑道,喷气式巨型飞机是无法起飞的,但蝗虫则完全用不着这些。

动物界中的跳跃能手还有羚羊和袋鼠,这在非洲及澳大利亚的大草原上是非常著名的。带轮的汽车在沙漠上行走时会异常困难,但羚羊和袋鼠却是如鱼得水。它们是依靠其强有力的后肢在沙漠上跳跃前进的,现在已研制出一种“跳跃机”,在坎坷不平的田野或沙漠地区均可通行无阻。它没有轮子,是靠四条腿有节奏的相互协调的起落来前进的。

但是世界上还有许多地方,即使你拥有强壮有力的腿,也是无法行进的,如南北极的茫茫雪原,杂草丛生的泥泞的沼泽地区等。漫步在南极茫茫雪原的绅士——企鹅,给了人类以极大的启示。它们在紧急情况时,可以以30公里的时速飞跑,这是因为经过两千多万年的进化,企鹅的运动器官已变得非常适宜于雪地运行。它只要扑倒在地,把肚子贴在雪的表面上,蹬动双脚滑雪,便可飞速向前。受它的启发,人们已研制出一种越野汽车,可在雪地与泥泞地带快速前进,速度可达50公里/小时。

人类在水上航行的历史十分悠久,但活动能力却非常有限,远远不如人类在空中飞行和陆地上行走所取得的成就。许许多多鱼类心理学入门书籍的航速可轻而易举地超过目前世界上最先进的舰艇。其原因也是来自于大自然无所不在的进化改革,是亿万年来鱼儿为了适应水中生活,便于追逐食物和逃避敌害的进化结果。

首先,鱼类的航行速度得益于其理想的流线型体形。这种体形使得它们受到摩擦阻力和形状阻力的共同作用尽可能的减小。另外人们还发现,鱼在水中运动时,由于尾部的摆动,产生一种弯曲波,使鱼的运动速度大为提高。另外,有些鱼的身体表面还附有一种黏液,这种黏液也能降低鱼在水中运动的摩擦阻力。

目前,有许多新型船只是按照鲸和海豚的体形轮廓及其身体各部比例而建造的,据称航速大为提高。(www.anred.net.cn)

另外,最新的研究成果表明,海豚之所以游得快,不仅仅是因为其流线型体形,还由于其特殊的皮肤构造。

大家知道,物体在水中运动时受到的阻力的大小,与流经运动物体表面的水的流动形式有关,若水接触的是钢铁等坚硬性的表面,则由于水流产生混乱现象,水的阻力会随之增加;若水接触的是柔软且具有极微细凹凸面的物体表面,则由于物体表面本身具有吸收和消除产生水流混乱的现象,所以水的阻力会下降。

海豚的皮肤可分为三层。第一层是光滑柔软的表皮层;第二层是白色的真皮层,它生有无数的乳头状、中空的突起物,且伸向黑心理学入门书籍色的表皮里面;第三层是很厚的脂肪层,很有弹性。由于这种构造,使海豚在水中游泳时,皮肤能顺从水的压力而波动,阻力小,摩擦力也小,其航速就快。人们模仿海豚的皮肤构造,用橡胶制成人造海豚皮——片流膜,装在潜水艇上,使湍流减少了50%,大大提高了潜水心理学入门书籍艇航行的速度。

随着航空知识和对飞行生物有关知识的增加,人们在长期的飞行实践中,对飞机的机身、机翼和发动机进行了不断的改进,并取得了较高水平。目前,超音速飞机的时速已达到3600多公里,它已经接近声音传播速度的三倍;军用歼击机已能飞到30,000米以上的高空,爬升的速度也能达到200米/秒;军用轰炸机的航程可达12,000公里以上。飞机载重能力也有了较大提心理学入门书籍高,大型运输机虽然自重已达250吨以上,还可以运载80多吨物资。尽管如此,动物在千万年的自然淘汰和进化过程中所掌握的飞行本领,仍值得人类学习和借鉴。

现代飞机的起飞和降落都需要很长的跑道,即使是直升机也要像篮球场一样大小的空地,作为起飞和降落的基础。但飞行动物均不需任何空地和跑道,能在刹那间腾空而起远走高飞。

目前,飞机的燃料消耗非常大,一架“波音747”飞机在运输50吨货物时,要消耗100吨轻油,是所载货物重量的两倍。但鸟类在长途飞行中却能充分利用空气的浮力,有时滑翔,有时振翅飞行,非常节省动力,如果按照鸟类动力消耗的情况来计算,目前的轻便飞机在飞行32公里之后仅需0.5升的汽油,但实际上要消耗4升。

因此,对飞行生物飞行本领的研究还需要仿生学家做出进一步的努力,从它们身上可以发现一些尚未被人类掌握的空气动力学规律,这对于我们研制及改进飞机,是非常有益的。