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。
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。
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。