動物也會物理學

蜘蛛的液壓腿

如果切開蜘蛛的腿，你就會發(fā)現(xiàn)里面是沒有肌肉的，而只有一些液體，蜘蛛能使其中的液體壓力劇增或銳減，這也許會使你感到驚奇不已。原來蜘蛛腿是靠液壓傳動的。如果有什么獵物自投羅網(wǎng)的話，蜘蛛會通過調(diào)節(jié)腿里的液體，使其壓強增大或減小，從而驅(qū)動8條液壓腿快速地動作起來，立即趕到現(xiàn)場，美美地飽餐一頓。

現(xiàn)在，人們模仿蜘蛛腿制造了步行機，為癱瘓病人造出了新式的車椅；如果搞清楚了蜘蛛腿的這種調(diào)壓原理，可幫助人們尋找到一種調(diào)節(jié)人體血壓的方法，從而使高血壓病得到根本性的治療。

跳蚤的彈力腿

是什么力量能夠使小小的跳蚤跳到幾十厘米的高度呢？科學家們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，跳蚤的祖先是翅昆蟲，靠富有彈性的膠狀蛋白質(zhì)使翅膀快速擺動飛行。這種膠狀蛋白質(zhì)拉長3倍后，經(jīng)數(shù)月后仍可瞬時復原，且能在千分之一秒內(nèi)將97%的能量釋放出來。跳蚤經(jīng)過幾百萬年的演變，翅膀退化消失，彈性膠狀蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到大腿上。大腿肌肉主要用來繃緊彈性膠狀蛋白質(zhì)。當彈性膠狀蛋白質(zhì)收縮時，便產(chǎn)生一股強大的爆發(fā)力，跳蚤就會像離弦的箭一樣被“彈”出去。

英國某飛機制造公司從跳蚤垂直起跳的方式中得到啟發(fā)，研制出了垂直起落的鷂式飛機。不久的將來，人工合成的彈性膠狀蛋白質(zhì)將會為人類做出巨大貢獻。

蒼蠅的平衡棒

蒼蠅的一對前翅用于飛行，一對后翅則退化為了“平衡棒”。蒼蠅的平衡棒能夠調(diào)節(jié)前翅運動，保持蟲體緊張，且能為飛行時保持平衡和導航。蒼蠅飛行時，平衡棒以300赫茲上下的頻率振動著。一旦蟲體傾斜和偏離航向，振動平面就會發(fā)生變化，被基部感受器感覺，且傳入腦神經(jīng)節(jié)，從而迅速糾正航向?？茖W家們根據(jù)蒼蠅平衡棒的導航原理，研制成高精度的小型導航儀——振動陀螺儀。它比普通陀螺儀體積小、精度高，準確性提高了5倍，目前已廣泛地應用于火箭、飛機等導航和自動保持平衡中。

螞蝗的吸盤

螞蟥的身體前后各有一個吸盤，當它吸血時吸盤一接觸人的皮膚，就會立即形成真空狀態(tài)，這樣螞蝗就可以緊緊地貼在人的皮膚上。當你被螞蟥叮吸時，千萬不要用力去拽它，要用手重重地拍一下被吸部位附近的皮膚，使皮膚收縮，從而使螞蟥的吸盤里進入空氣，破壞吸盤內(nèi)的真空狀態(tài)，螞蟥吸不住了，就立即會從皮膚上自動掉下來。

海豚的“水下雷達”

海豚的喙尖細如劍，眼和耳朵已嚴重地退化，但它卻能發(fā)現(xiàn)幾十米外的小魚并迅速沖過去將其吞噬掉。這是何故呢？原來海豚有一套比較完善的“聲吶”系統(tǒng)，人們又形象地稱之為“水下雷達”?！八吕走_”能夠發(fā)出不同頻率的聲波，這些聲波遇到物體后會立即被反射回來，海豚根據(jù)這種返回的聲波，可以立刻判斷出目標的遠近、大小、方向、特征、性質(zhì)……海豚利用這種聲波，不但能尋找到食物，而且還能與同類之間進行聯(lián)絡(luò)。

蝙蝠的聲吶

蝙蝠能夠發(fā)出超聲波，蝙蝠發(fā)出的超聲波是由它的喉部產(chǎn)生的，再通過口發(fā)射出去。當遇到蟲子或障礙物時，超聲波便被反射回來，蝙蝠的耳朵接收到信號后，就能夠很快地判定物體的大小、方位、距離。蝙蝠的這種探測目標的方式，叫做“回聲定位”。蝙蝠的回聲定位系統(tǒng)抗干擾能力很強，在外界發(fā)出的干擾聲比它原來發(fā)出的超聲波強100倍時，它依然可以有效地工作。

深水烏賊的紅外線夜視儀

即使在昏暗的深水中，深水烏賊也能洞察遠處的微小動靜，一旦發(fā)現(xiàn)適合自己胃口的小魚小蝦，它就會敏捷地進行捕食。如果發(fā)現(xiàn)有危險襲來，深水烏賊則會立即施放“煙幕彈”，從容地逃走。在能見度極差的環(huán)境里，深水烏賊能有如此靈敏的反應，這其中有什么奧妙呢？原來深水烏賊的尾部有一些暗斑，這種看似不起眼的暗斑是用來感受紅外線的“熱眼”，當頭部的普通眼睛難以應付黑暗時，“熱眼”能攝取外界物體發(fā)出的紅外線影像，經(jīng)過光化學轉(zhuǎn)換以后，就形成可視的像，腦中樞便因此能夠“看見”黑暗中的所有動靜。

北極熊的管毛取暖器

素有“冰上之王”之稱的北極熊身上的毛是空心的小管子，它們是一根根細微的“光電管”，只有紫外線能沿著中間的空心通過。北極熊利用這些小管子吸收陽光中的紫外線，使身體周圍的溫度升高，好似自動增溫取暖器一樣。

海蜇的耳

在海洋上，空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波的出現(xiàn)，預示著風暴將要來臨。大家都知道，人是聽不到次聲波的，而生活在海洋里的海蜇和某些魚類卻能聽到。所以在風暴到來之前，它們就會躲到安全的地方。

海蜇的耳朵里有一個細柄。細柄上有個小球，小球內(nèi)有小小的聽石，當次聲波沖擊聽石，刺激小球壁上的神經(jīng)時，海蜇便會聽到次聲波?？茖W家們據(jù)此得到啟示，仿照海蜇耳制成了“海蜇耳風暴預測儀”，能提前15小時對海洋風暴作出預報，這給海洋漁業(yè)和航海業(yè)帶來了福音。

墨魚的噴水器

墨魚前進時尾部向前，頭和腕足疊成流線型，可以減小水的阻力。墨魚在快速運動時，靠頭下的漏斗——噴水器噴水，依靠水的反作用力前進。墨魚憑借這種巧妙的裝置，在水中前進一般時速可達70千米，最大時速則高達150千米，可躍出水面7～10米高?？茖W家們從墨魚的噴水和運動方式中得到啟示：模擬制成了噴水船和艇，時速可高達150千米，大大地超過了靠螺旋槳推進的船和艇。

響尾蛇的“熱探測器”

響尾蛇的頭部兩側(cè)，在鼻孔與眼睛之間各有一個凹陷，位置相對于臉頰，因此叫做頰窩。響尾蛇的頰窩是一種能感受紅外線的器官，有人稱之為熱探測器或熱定位器。響尾蛇的頰窩內(nèi)部有一層薄膜，這層薄膜將頰窩分隔成內(nèi)、外兩室，內(nèi)室保持與環(huán)境相同的溫度，外室則朝著發(fā)射紅外線物體的方向。因此頰窩膜兩面的溫度是不同的，由此可用于感知。響尾蛇的頰窩非常靈敏，甚至能感知0.003℃的溫差。當遇到其他動物時，響尾蛇可以根據(jù)其他動物所放出的熱量來判斷其大小和距離，以便決定是捕獵還是逃避。即使是在黑夜里，響尾蛇也能自如、準確地捕捉獵物。

魚的鰾

魚的身體里有一個白色的氣囊，人們稱之為“鰾”。魚通過肌肉的收縮或放松，使鰾變小或變大。當魚要浮起來時，肌肉放松，鰾內(nèi)充滿氣體，魚的體積增大，魚受到的浮力就增大，浮力大于重力，魚就浮起來了。當魚要下沉時，肌肉收縮。鰾內(nèi)氣體減少，魚的體積減小，魚受到的浮力隨之減小，魚就會沉下去。

大雁遷徙時“人”字形排列

大雁在遷徙時，雁群前面領(lǐng)頭的大雁翅膀在空中劃過時，翅膀尖上會產(chǎn)生一股微弱上升的氣流，后面的大雁就可以利用這股上升的氣流來節(jié)省體力，于是后面的大雁就緊緊地眼在前面大雁的翅尖后面飛。這就是大雁群在飛行時為什么常常會呈“人”字形的原因。

壁虎腳底的細毛

壁虎能在光滑的墻壁上行走自如，甚至能“站”在天花板上，這表明壁虎的腳底與接觸物體表面之間必定存在著很強的特殊黏著力。那么這種力量是從何而來的呢？

美國科學家羅伯特·福爾經(jīng)過多年的研究，終于揭開了這個秘密。原來，這種特殊的黏著力是由壁虎腳底大量的細毛與物體表面分子之間產(chǎn)生的“范德瓦耳斯力”累積而成的。

范德瓦耳斯力是中性分子彼此距離非常近時，產(chǎn)生的一種微弱電磁引力。福爾研究發(fā)現(xiàn)，壁虎的腳趾端擴大成盤狀，上面長著許多細微的由角質(zhì)蛋白構(gòu)成的剛毛（每平方毫米的面積上達150萬根之多），而每根剛毛末端又有400根至1000根更細的分支，就像小鉤子似的。這種精細結(jié)構(gòu)使得剛毛與物體表面分子間的距離非常小，從而產(chǎn)生范德瓦耳斯力。雖然每根剛毛產(chǎn)生的力量微不足道，但累積起來就很可觀。根據(jù)計算，如果每根剛毛都充分發(fā)揮作用，一只大壁虎的4只腳產(chǎn)生的總作用力壓強相當于10個標準大氣壓。endprint