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蜻蜓飛行原理動畫演示

圖文 更新时间:2024-09-13 12:21:29

在我們的身邊圍繞着各種各樣的生物,人類自己當然也是其中的一員。我們的生活會受到其他生物的影響,一些是對我們的生存和發展有所幫助的,另一些是對我們“有害”的。比如在夏天,我們往往會受到蚊子這種昆蟲的困擾,它們不僅會吸我們的血,還會讓我們的皮膚紅腫、瘙癢,甚至帶有多種緻病的細菌、病毒,能夠傳播瘟疫

當我們在夏夜被蚊子的嗡嗡聲吵得睡不着的時候,有沒有想過到底應該用什麼方法去避免呢?現在我們除了有物理和化學的驅蚊方法之外,還知道自然界中有很多蚊子的“天敵”,比如壁虎、蜻蜓等等。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)1

說起蜻蜓這種昆蟲,想必大家都不會太陌生。蜻蜓是很多人童年記憶中一種“夏天”的标志,宋代詩人楊萬裡一句“小荷才露尖尖角,早有蜻蜓立上頭”傳頌了千年,蜻蜓美麗、優雅的飛行姿态也讓我們贊歎不已。

在我們的鄰國日本,蜻蜓被視為勇敢的标志,因為它的飛行姿态是“隻進不退”。那麼,我們真的足夠了解這種昆蟲嗎?它的曆史、習性和運動方式,其實都比我們想象中要更加複雜,隻有在了解後才會明白,這是一種多麼“強大”的生物,它身上有很多值得我們學習的地方。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)2

蜻蜓的曆史

昆蟲類是當今地球生物中最為古老的大類之一,早在人類出現之前就已經在這個世界上占有一席之地。其中蜻蜓又是昆蟲中比較原始的一種,人類發現的最早的蜻蜓化石來自于3.2億年前,那時候恐龍都還沒有出現

盡管我們現在看到的蜻蜓是一種體型并不大的昆蟲,但科學家們發現的遠古時期的蜻蜓化石卻比我們想象中要大得多,比如在美國境内發現的生活在二疊紀早期的“二疊拟巨脈蜓”,其翼展居然達到了0.71米!

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)3

過去的蜻蜓之所以這麼大,和當時地球環境的含氧量有關系,當時大氣層中的含氧量更加豐富,因此不管是生物的密度還是體型都更加誇張。如今世界上約有5000種蜻蜓,中國分布有大約250種,大多是體型比較小的蜻蜓。

蜻蜓雖然給人一種“不起眼”的印象,但是不管是對環境還是對于人類的科技發展,蜻蜓都具有相當重要的意義。就拿蜻蜓的飛行來說,這種昆蟲的堪稱是自然界的“飛行王者”,科學家們一直在對其進行研究。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)4

蜻蜓的飛行方式

我們隻要見過蜻蜓就會明白,它不僅可以在天空中自由地飛翔,還可以在空中進行“懸停”,并且在停止之後的起飛也非常迅速,并且還能夠靈活地往各個方向移動。很明顯的,蜻蜓的這些飛行技能并不是所有的昆蟲都具備的,那麼它究竟是怎樣做到的

這還要從蜻蜓自身的翅膀的結構開始說起。首先我們可以看到,蜻蜓的翅膀不是像很多昆蟲那樣隻有兩隻,而是有兩邊前後各一,共四隻翅膀。蜻蜓翅膀面積大、厚度薄,但是卻一點都不脆弱,這是翅膀上那些“脈絡”帶來的。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)5

蜻蜓翅膀上有着縱橫的經脈,這些經脈将蜻蜓的翅膀分割成了一張“網”,而網眼的形狀一般是五邊形或者六邊形,能夠保持結構上的穩定,讓蜻蜓的翅膀在惡劣環境和高速飛行中能夠保持完整。

蜻蜓是一種在水中産卵的昆蟲,但是它的翅膀卻并不會因此而被沾濕,這是因為蜻蜓翅膀除了結構上的穩定之外,它本身從材質也具有疏水、疏油、疏塵性,能夠一直保持幹燥和清潔,确保時時刻刻都處在最好的飛行狀态。除了翅膀本身之外,蜻蜓飛行的靈活性則是其控制翅膀的肌肉帶來的。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)6

蜻蜓的四隻翅膀分别由身上不同的肌肉控制,因此可以做出不同的動作,讓四個翅膀之間的位置、方向都不同,從而達到在飛行過程中随意改變方向和速度的能力。

這一點也是蜻蜓的“絕活”之一,作為一種肉食性的昆蟲,這個能力可以讓蜻蜓在發現獵物之後馬上根據對方的位置和方向做出反應,讓它成為了同體型昆蟲中的頂級“獵手”

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)7

蜻蜓的強大的捕獵能力

上文雖然介紹了蜻蜓強大飛行技巧的來源,但是還沒有具體說出蜻蜓飛行能力強大的例子。我們常說“蝴蝶飛不過滄海”,但是同為昆蟲的蜻蜓卻可以辦到。

根據科學家們的調查和研究,一種分布在世界各地的蜻蜓黃蜻,能夠跨越大洋進行遷徙,其飛行的最長距離達到了5000多公裡,這是很多鳥類都辦不到的。而且蜻蜓不光耐力驚人,它們飛行的速度也絲毫不弱,能夠達到每小時50公裡左右,對于這個體型的生物來說,算是十分驚人的水平。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)8

蜻蜓作為一位“掠食者”,其捕獵的成功率相當引人注目。我們知道蜻蜓主要的獵物,也就是蚊子的飛行技巧也十分不俗,并且它們還有着細小的體型和低調的顔色,很難被發現。但是,蜻蜓捕獵蚊子的成功率卻達到了百分之九十五,這不單單是因為蜻蜓的飛行能力高超,還因為蜻蜓有着強大的視力,能夠在各種情況下發現獵物的存在。

它們的每一隻複眼由大約28000隻小眼睛組成,這些小眼睛就相當于兩萬多個測速器,能夠提供精密的信息和廣闊的視野,也就是說除了正後方的一小塊盲區之外,蜻蜓幾乎都能夠清楚看見每個方向

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)9

蜻蜓的幼年生活

蜻蜓和它的獵物蚊子一樣,都将自己的卵産在水中,這個過程被人們稱之為“蜻蜓點水”。蜻蜓的幼蟲需要在水中生活相當長的時間,根據品種不同,從一兩年到五六年的都有。

蜻蜓的幼蟲看起來像是水虱,但是卻比水虱要更加兇猛,主要以水中的各種小型生物為食,不僅有各種昆蟲的幼蟲、兩栖生物(如蛙類)的幼體,甚至還有小型魚類。因此可以說,蜻蜓從小就是一種兇猛的“殺手”。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)10

蜻蜓的成長之所以需要這麼長的時間,是因為它們需要經過多次的“蛻變”。蛻皮确實是很多昆蟲在成熟的過程中必須經過的階段,但是蜻蜓的蛻皮卻格外漫長而艱難,要經過整整17次的蛻皮才能夠成為一隻成熟的蜻蜓

相對于它們的獵物蚊子來說,蜻蜓的繁殖能力确實要弱得多,正因如此,蜻蜓如此之高的捕獵成功率下,蚊子才能夠繼續在這個世界上保有龐大的種群數量,這都是強大的繁殖能力帶來的好處。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)11

人類在蜻蜓身上學到了什麼?

盡管科學家們多年來一直研究蜻蜓的各部分構造,但是至今都沒能夠完全弄清楚蜻蜓的奧秘。這種昆蟲經過了數億年進化,盡管它們本身并不懂得什麼空氣動力學、生理學,但是本身對于環境不斷适應讓它們能夠持續演進,最終成為飛行界的王者。

人類文明是在很短的時間内發展起來的,我們對于各種理論的研究,讓我們的進步速度比自然的進化要快得多。比如,我們從蜻蜓的翅膀結構上就找出了改進飛機的方法。

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)12

在飛機的飛行過程中,很容易因為氣流的擠壓形成的彈力,而讓機翼發生“顫振”,從而産生形變,甚至直接斷裂,造成嚴重的飛行事故。這個問題曾經多次造成悲劇,而設計者們在面對這個問題時卻一籌莫展。

蜻蜓的翅膀形狀和機翼有一定相似性,但是人們發現蜻蜓在飛行的時候并不會發生顫振現象。于是人們對其進行了研究,發現是蜻蜓翅膀上一個“不起眼”的結構起到了關鍵作用,這個部件被稱為“翼眼”

蜻蜓飛行原理動畫演示(飛行界的王者蜻蜓)13

“翼眼”其實就是在蜻蜓翅膀前端的一個加厚的部分,起到了增加重量的作用,這個結構能夠在高速飛行中消除顫振現象。于是人類設計師嘗試着在一些特别容易發生顫振的飛機的機翼前端加上一個和蜻蜓翼眼類似的負重結構,這樣就解決了一部分機型的顫振問題。

當然,也并不是所有的機翼顫振問題都能夠通過這種方式來解決,其他機型的問題還需要在之後的改進設計中繼續研究。說不定今後,我們還能夠從蜻蜓的身上找到更多的能夠幫助我們社會進步的知識,這正是大自然的神奇之處

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結語

對于大多數人來說,蜻蜓隻是一種生活中常見的普通昆蟲,但是研究昆蟲的人卻能夠感受到大自然在億萬年的進化過程中給予了這種小小生物多麼精妙的生理結構。其實,我們人類的身體同樣精妙,同時還比昆蟲更加複雜,因此我們也需要持之以恒地研究我們自己的生理結構,去解決那些困擾着我們的問題

比如,人體的各種疾病、還有我們不可抑制的衰老和死亡,都是我們想要改善甚至徹底“解決”的問題。要想“跨越”這些問題,首先就要了解現象的成因,這樣才能夠讓我們找到方法。相信在今後,我們的研究者還可以利用人類的智慧繼續讓這個種族加速前進,用更短的時間去完成那些大自然需要成千上萬年才能夠做到的事情。

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