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关于飞


如果你也认真观察过蝴蝶 作者:cyf 还记得拿着大网和蝴蝶追逐的日子吗?那翩翩的舞姿,是否总让你流连忘 返?如果你也认真观察过蝴蝶,那她一定也告诉了你不少秘密吧! 娇小的身姿,轻盈的双翅,注定了蝴蝶不能像大型鸟类那样搏击长空。我们 知道,鸟类能够在空中自由飞翔,归根结底是因为鸟类的翅膀在相对气流的作用 下能产生升力,这一点一直被飞机所借鉴着。 “这一点”指的其实是“伯努力原 理” ,也就是,对于空气等流体,流速越大,流体产生的压力就越小。

鸟类翅膀与伯努力原理 鸟类的翅膀具有良好的空气动力学特性和流线形态。前部圆匀,上部凸起, 下部内凹,后面尖尾, 。滑翔时,空气被翅膀分成上下两部分,因为翅膀的流线 形态,空气在上部的流速变大,压强变小,在下部的流速不变或变慢,压强不变 或变大。于是,翅膀上下翼面的压强差产生向上的升力,把鸟托住。 蝴蝶的翅膀乍一看就像一层纸,那她又是怎么飞起来的呢?首先,我们应该 认识到,上帝拒绝赋予她有力翅膀的同时,赠予了她轻盈的身体,这意味着她只 需要很少的升力就可以支撑自己的重力。而空气中有许多微小尺度的空气漩涡或 不稳定气流,聪明的蝴蝶就是借助这些气流飞起来的;或者说,自然界的很多昆 虫都是利用气流的能手。 昆虫拍打翅膀,也会形成微小的空气漩涡,就像是微型龙卷风,里面的空气 压力低于外面的,翅膀下面的高压空气便推动着昆虫向上飞行。此外,昆虫的翅 膀还可以向后拍打,甚至有些昆虫在拍打时能使翅膀弯曲。这种拍打和弯曲能产 生额外的举升力。为了停在空中,昆虫得继续拍打翅膀,同时不时改变其翅膀和 身体方向来抵消各种向下的力量。谈到这种举升力的产生,和旋转的棒球其实是 同一个道理。棒球在前进的同时逆时针旋转的话,停留在空中的时间比没有旋转 的要长。因为流速大的空气压强小,棒球上方的压力低,下方的压力高,这个压 强差导致棒球向上走,于是延长了棒球落地的时间。 除了利用已有的空气漩涡,蝴蝶的拍动飞行主要利用“阻力原理” ,即翅膀 受到的阻力提供了平衡身体重量的举力和克服身体阻力的推力。蝴蝶翅膀在下拍

时, 因为力的作用是相互的, 空气对翅膀会有一个逆着拍动方向的阻力。 上拍时, 翅也受到阻力,但和下拍时相比小得多,因此平衡身体阻力的推力主要由翅膀上 拍中产生的阻力提供。 相信对认真观察的你,这些并不是什么秘密了。但是,你是否知道,有些蝴 蝶身上可是携带着喷气机的哦!前苏联科学家曾经使用高速摄影机摄下了墨星黄 粉蝶飞行的情况。他们惊奇地发现,这种粉蝶在飞行中竟然有三分之一的时间翅 膀是贴合在一起的。他们巧妙地利用自己翅膀的张合,使前面一对翅膀形成一个 空气收集器,后面一对翅膀形成一个漏斗状的喷气通道。两翅间的空气由于翅膀 连续不断的扇动而被从前向后挤压出去,形成一股喷气气流。这仿佛是蝴蝶用自 己的翅膀搭了一架喷气机。一部分喷气气流的能量用以维持飞行的高度,另一部 分喷气气流所产生的水平推力则用来加速。有的蝴蝶能成群结队漂洋过海,这种 喷气机可是占了很大功劳的! 正所谓,不要光埋头拉车,还要抬头看路;光有喷气机还不够,还要有导航 仪。观察过蝴蝶的触角吗?没错,那就是她们的导航仪!她们的触角能在水平面 上振动,从而保持正确的飞行方向。当蝴蝶的身躯发生倾斜、俯仰或者偏离航向 的时候,触角的振动平面会发生变化,触角基部的感受器很快就能感受到这种变 化,传递相应的信号。蝴蝶小小的大脑分析完这种信号后,便向胸部等部位的肌 肉组织发出“命令” ,把偏离的方向纠正过来。 说到航向, 科学家研究了北美的一种蝴蝶, 这种蝴蝶每年从加拿大飞行 3500 公里到墨西哥过冬。漫长的旅途中,要如何保证自己朝向西南方向前进呢?昆虫 学家贝克专门研究昆虫的导航问题。他发现远距离迁飞的蝴蝶能根据太阳方位角 的变化来调整航向。她们的飞行方向并不总是和太阳方位角保持恒定,而是随着 太阳方位角的变化而变化,这种变化是通过其体内的生物钟来调节的。例如说, 上午 9 点至 10 点,她是向着太阳飞行,到了下午四五点,她就调整到背着太阳 飞行了,但始终保持飞行路径接近一条直线,这样,她就能用最短的航程到达目 的地。 为了验证这一发现,科学家将这种蝴蝶放在特制的飞行箱中,对她进行模拟 飞行。通过控制蝴蝶的生物钟,科学家发现,她们的水平飞行方向会发生改变。 如果蝴蝶的生物钟和当地时间一致,她就会朝西南方向飞;如果把蝴蝶的生物钟 延迟 6 小时,他会朝西北方向飞;如果是提前 6 小时,她会朝东南方向飞。这点 和贝克的发现是一致的,也就是说,太阳也是蝴蝶的天然导航仪。 曾经我们眼里看似弱不禁风、只会舞风弄影的蝴蝶,原来是那样一个御风能 手,仁慈的大自然给了她轻盈的身体,给了她喷气机,给了她导航仪。 还有什么?还有多少秘密是蝴蝶没有告诉过你的——比如, 神舟八号飞船都 找蝴蝶仙子借过衣服穿呢!想知道更多的话,自己去问问蝴蝶吧!

参考数据: 《青年科学》文章《蝴蝶迁飞三大谜》 《破解蜜蜂飞行奥秘》 图片来源: 《生命世界》文章《像鸟儿一样飞行》


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