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蚊子是咋嗡嗡飛過來的?拍拍翅膀就行啦?不,這裡面還有大原理

蚊子在昆蟲界中可是扮演著是可惡的吸血鬼和病菌攜帶者角色, 但它們也有著迷人的氣動之謎。

簡單的說, 它們的飛行行為很怪異。

因為它們翅膀掃過的角度很小, 僅44度——當然比它們稍大點的蜜蜂小飛將, 翅膀掃過角度也不大, 蜂兒們以一個大約80度的角移擺動翅膀。 蚊子在空氣中也以驚人的頻率拍打翅膀, 每秒大約800次。

但是奇怪的是, 拍打翅膀究竟是怎麼轉化為飛行的呢?發表在上週三自然雜誌上的一篇論文給出了一些答案。

“生物越小, 它們往往擺動越快, ”論文首席作者理查·邦弗瑞說。 鳥拍打翅膀的頻率總是比昆蟲少, 越小的昆蟲拍打翅膀的頻率越高。 雖然如此, 如果只以尺寸來衡量, 預計一隻蚊子翅膀拍打頻率僅為每秒200次。 但實際上它的拍打頻率約是這個數值的4倍。

飛機需要一條長長的跑道和寬寬的固定翼來產生升力。 高頻率、小角度意味著蚊子們並沒有使用和飛機升空類似的方法, 那麼它們使用的究竟是什麼空氣動力學原理呢?

邦弗瑞和同事使用高速照相機以每秒10000幀的速度拍攝飛行中的蚊子。

例如, 有個錄影顯示的一隻蚊子動作比正常速度慢667倍。 錄影、加上電腦建模和飛行中蚊子周圍氣流的鐳射測量結果幫助展示, 蚊子絕對可以從他們翅膀短暫輕微的拍打中獲得一切。

與其他昆蟲(包括不完全空氣動力的大黃蜂)一樣, 蚊子利用了前緣渦流的優勢。 那意味著它們向下拍打時, 在翅膀的前面製造了一個小小的龍捲風。

渦流中心的低壓幫助其產生升力, 這樣當蚊子拍打翅膀時, 低壓就可以發揮托起和移動蚊子的身體的作用。

但是單靠前緣渦流來解釋蚊子怎麼飛行是不夠的, 當有情況發生時, 蚊子會利用每一步拍打動作來幫助它們停留在空中。

在錄影記錄和電腦建模中, 邦弗瑞發現, 當蚊子將翅膀中間旋轉時, 它們能夠利用所謂的旋轉阻力的機制來支撐它們的身體重量。

最後, 當蚊子將翅膀收上來時, 它們會迴圈利用翅膀合上時產生的尾流。 它們以這樣一種運動方式來控制翅膀, 即空氣經過翅膀時在翅膀背面生成更多的渦流, 這就是所謂的後緣渦流。

“它的運行方式有點類似風力渦輪機。 ”邦弗瑞說, 注意蚊子怎樣盡其所能地利用每一點能量。 “尾跡中的能量將以其它方式流失。 ”他補充道。

為什麼蚊子進化出這樣一種持續能量密集型的飛行方式,而不是把更高效的飛行放在首位呢?

這仍然是一個有待研究者嘗試做出解答的問題,2009年科學雜誌中的一篇論文給出了一種可能性的答案,它提到了蚊子製造出的惱人的嗡嗡聲。

頻繁的拍打產生的全是嗡嗡聲——就像樂器上的弦音——雄蚊和雌蚊一般傾向於在不同的頻率上“哀鳴”,在這種生物進化過程中,它有可能通過高頻拍動產生一種悅耳的發聲特徵進行性別選擇。下一次當你要去拍下那煩人的嗡嗡聲製造者時,你想的自然會是這方面的事情。

為什麼蚊子進化出這樣一種持續能量密集型的飛行方式,而不是把更高效的飛行放在首位呢?

這仍然是一個有待研究者嘗試做出解答的問題,2009年科學雜誌中的一篇論文給出了一種可能性的答案,它提到了蚊子製造出的惱人的嗡嗡聲。

頻繁的拍打產生的全是嗡嗡聲——就像樂器上的弦音——雄蚊和雌蚊一般傾向於在不同的頻率上“哀鳴”,在這種生物進化過程中,它有可能通過高頻拍動產生一種悅耳的發聲特徵進行性別選擇。下一次當你要去拍下那煩人的嗡嗡聲製造者時,你想的自然會是這方面的事情。

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