螞蟻是地球上最成功的生物之一,它們有強大的生存能力,它們在地球的每一個角落構建自己的“文明”,它們甚至培育農作物,圈養其它動物。
我們常常拿螞蟻和人類做對比,而且很多時候它們好像占了上風,比如今天的話題,從高處落下它們就可以完勝人類。
當談論一個物體下落時,我們主要考慮兩個方面,一個是重力,一個是空氣阻力,那麼螞蟻在多高摔下才會死亡呢?
終端速度
螞蟻在地球上所受的重力基本是恒定的(G=mg),當它下落時,空氣阻力和它所受的重力相等時,它将不再加速,這個速度就是終端速度。
通過空氣阻力的計算公式(如下圖)和重力公式我們可以知道,螞蟻的終端速度取決于它們的形狀、大小和質量有關系。
當一隻螞蟻在空中摔下時,地球加快了它的速度,反過來,空氣以與速度平方成比例的力來阻擋它的運動,最終它會達到一個恒定速度。
圖為:空氣阻力公式
根據伊利諾伊大學物理系的數據,一隻中小型螞蟻的終端速度約為6.4公裡/小時(1.8米每秒),和人類走路速度差不多。
如果給定一個形狀不變,螞蟻會下落得更快,但螞蟻會動,會保持平衡,它會把腿向外伸,讓更多的身體暴露在空氣中增加阻力,這樣下落的速度就會慢一些,就像一張白紙和紙球的區别。
事實上,當一個人雙臂和雙腿完全伸展迎風飛行時,他的終端速度約為200公裡/小時,而當卷曲成一個球時,終端速度約為320公裡/小時。
當落地時,無論是螞蟻還是人類都是瞬間停止,這就必須要消耗掉所有動能,根據動能公式(E=(mv^2)/2)我們知道,動能取決于速度的平方,和當事者的質量。所以螞蟻以終端速度撞擊地面時吸收的能量要比一個同樣以終端速度撞地的人要少得多。
一隻螞蟻撞地時的速度為6.4公裡/小時,它差不多隻吸收同樣是終端速度的人類的1/ 26,000,000的能量(假設螞蟻質量是0.3克,人類為75千克)。
考慮到同樣的力作用在人類身上沒什麼,但是作用到螞蟻身上卻不一樣,所以我們還要考慮這樣的能量對螞蟻是否緻命。
結實的身體
昆蟲的骨骼像盔甲一樣包裹着它們的身體,就像坦克一樣,但與坦克的鋼闆不同的是昆蟲的盔甲可以變形,吸收并驅散撞擊力。
螞蟻的外表由幾層組成,最外層是由一種叫做幾丁質(類似于構成指甲的角蛋白)的堅韌物質構成,它讓螞蟻免受傷害。
就算不小心這個外層被打破了,螞蟻也不太可能流很多血而死亡,因為昆蟲的血液具有良好的凝血特性。
另外,螞蟻的神經系統分布在全身各處,所以螞蟻的頭部可以受到攻擊而不受傷害,而頭部的攻擊對人類來說是緻命的。
螞蟻的循環系統也同樣分布,它們的“心髒”像一根長長的管子一直延伸到腹部,外層幾丁質保護脆弱的管道免受沖擊。
所以,無論從多高摔下都不足以殺死螞蟻,一個是因為終端速度低,另外就是它們的身體構造很完美。
話雖如此,但螞蟻也絕對不會允許自己從100米高處落地的,因為那樣它就搜尋不到其他螞蟻的化學痕迹了,更糟糕的是捕食者太多了,就算她從100米高處摔下沒有受傷也會死掉。
最後
通過一些複雜的計算公式,有研究人員甚至得到了,在正常的大氣壓下,螞蟻大約在10厘米處落下就能達到終端速度,所以無論從100米落下,還是從10厘米落下,對螞蟻來說隻是落地的時間不一樣而已。
另外,隻要動物足夠小,它就可以從任何高度掉下來都不受傷,據說這個臨界值差不多是松鼠的大小。
所以,貓沒有我們想象中那麼厲害,因為它的終端速度足以緻命,隻要夠高,還是會摔死它的!
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