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生物形态与运动

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

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粘液,这种粘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。

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牲的表面,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三千六百多公里,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 I2,000 公里以上。飞机载重能力也有了较

大提高,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,但实际上要消耗四升。

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

制及改进飞器,是非常有益的。

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