動(dòng)物身上的物理學(xué)（上）

華興恒

物理知識(shí)的應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，就連許多動(dòng)物身上也包含一些有趣的物理知識(shí)！只要同學(xué)們留心觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有些動(dòng)物的某些器官和生理機(jī)能與“力”的原理有關(guān)系。下面一起來(lái)看看這些有趣的實(shí)例吧。

1.蜘蛛的液壓腿

如果切開蜘蛛的腿，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面沒有一點(diǎn)兒肌肉，僅僅只有一些液體，因而蜘蛛的腿運(yùn)動(dòng)時(shí)不是靠肌肉的收縮。蜘蛛能夠使其中的液體壓力劇增或銳減，這也許會(huì)使大家感到驚奇不已，原來(lái)蜘蛛腿是靠液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的。如果有什么“獵物”膽敢自投羅網(wǎng)的話，蜘蛛會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)腿里的液體，使其壓強(qiáng)增大或減小，驅(qū)動(dòng)8條液壓腿快速地趕到現(xiàn)場(chǎng)，從而美美地飽餐一頓。可見蜘蛛的腿是靠液壓活動(dòng)的，它是一架十足的小型“液壓機(jī)”！

現(xiàn)在，人們模仿蜘蛛腿制造出了步行機(jī)，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有效治療。

2.跳蚤的彈力腿

人們都知道跳蚤的彈跳力很強(qiáng)，那么是什么力量能夠使小小的跳蚤可以跳到幾十厘米的高度呢？科學(xué)家經(jīng)過(guò)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(dòng)飛行。當(dāng)膠狀蛋白質(zhì)拉長(zhǎng)3倍時(shí)，經(jīng)數(shù)月后仍可瞬時(shí)復(fù)原，且能在千分之一秒這樣短的時(shí)間內(nèi)將97%的能量釋放出來(lái)。跳蚤經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的演變，翅膀退化消失了，彈性膠狀蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到大腿上，大腿肌肉主要用來(lái)繃緊彈性膠狀蛋白質(zhì)。當(dāng)彈性膠狀蛋白質(zhì)收縮時(shí).便可產(chǎn)生一股非常強(qiáng)大的爆發(fā)力，跳蚤就會(huì)像離弦的箭一樣被“彈”起來(lái)。

英國(guó)某飛機(jī)制造公司從跳蚤垂直起跳的方式中得到有益的啟發(fā)，研制出了可以垂直起落的鷂式飛機(jī)。因此我們完全有理由相信，在不久的將來(lái)，人工合成的彈性膠狀蛋白質(zhì)將為人類社會(huì)做出巨大貢獻(xiàn)。

3.蒼蠅的平衡棒

蒼蠅有兩對(duì)翅膀，它的一對(duì)前翅用于飛行，一對(duì)后翅則退化為“平衡棒”。平衡棒能夠調(diào)節(jié)前翅運(yùn)動(dòng)，保持身體緊張，且能為飛行時(shí)保持平衡和導(dǎo)航。蒼蠅飛行時(shí)，平衡棒以300赫茲的頻率快速地振動(dòng)著。一旦身體出現(xiàn)傾斜或偏離航向，振動(dòng)平面也會(huì)隨之發(fā)生變化，且被基部感受器感受到，并立即傳人腦神經(jīng)節(jié)，從而迅速糾正航向。

科學(xué)家根據(jù)蒼蠅平衡棒的導(dǎo)航原理，研制出了高精度的小型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀。它比普通陀螺儀體積小、精度高，準(zhǔn)確性提高了5倍以上，目前已廣泛地應(yīng)用于火箭、飛機(jī)等導(dǎo)航和自動(dòng)保持平衡方面。

4.螞蟥的吸盤

螞蟥的身體前后各有一個(gè)吸盤，當(dāng)它準(zhǔn)備吸血時(shí)，吸盤一接觸人的皮膚，就會(huì)立即形成真空狀態(tài)，這樣螞蟥就可以緊緊地貼在人的皮膚上。因此當(dāng)我們被螞蟥叮吸時(shí)，千萬(wàn)不要用力去拽它，要用手重重地拍一下被吸處附近的皮膚，皮膚就會(huì)收縮，從而讓螞蟥的吸盤進(jìn)入空氣，破壞吸盤內(nèi)的真空狀態(tài)，螞蟥吸不住了，就立即從皮膚上自動(dòng)掉下來(lái)。在日常生活中，人們用來(lái)掛衣服的吸盤可以牢牢地“吸附”在平滑的墻壁上，也是這個(gè)道理。

5.烏賊的紅外線夜視儀

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

6.北極熊的管毛取暖器

素有“冰上之王”之稱的北極熊為什么可以耐受低溫寒冷呢？奧秘在于它身上的毛都是空心的小管子，這些毛是一根根細(xì)微的“光電管”，只有紫外線能沿著中間的空心通過(guò)。北極熊利用這些小管子來(lái)有效地吸收陽(yáng)光中的紫外線，從而使身體周圍的溫度升高，這就好似自動(dòng)增溫取暖器一樣。

此外，北極熊的腳底長(zhǎng)有一層密密的細(xì)毛，當(dāng)它奔跑時(shí)，可以增大腳掌與冰面之間的摩擦力。這就是北極熊在茫茫的冰原上可以快速奔跑而不會(huì)滑倒的原因。

7.海蜇的耳朵

在浩瀚的海洋上，由于空氣和波浪的摩擦而產(chǎn)生的次聲波的出現(xiàn)，預(yù)示著風(fēng)暴將要來(lái)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(fēng)暴到來(lái)之前，它們就會(huì)“先知先覺”，盡快地躲到安全的地方。

海蜇的耳朵里有一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有小小的聽石，當(dāng)次聲波沖擊聽石，刺激小球壁上的神經(jīng)，海蜇便聽到了次聲波。科學(xué)家據(jù)此得到啟示，仿照海蜇耳制成了“海蜇耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀”，它能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴做出有效預(yù)報(bào)，這給漁業(yè)和航海業(yè)帶來(lái)了福音，減少了災(zāi)難的發(fā)生。

（編輯 文墨）