御风而行,泠然善也(松鼠)
昆虫与其他任何飞行动物的标志性的区别,在于它们扇动翅膀时高得惊人的速度——蜻蜓一般为每秒200次,而蚊子和马蜂则能高达每秒1000次。想想看,把一辆汽车的油门踩到底,怒吼的引擎也只有每分钟数千转而已。不仅如此,如果逐格回放高速摄像机拍摄的昆虫飞行影像,你会惊奇地发现,昆虫扑翼可不简单是上下运动,它们翅膀的“攻角”(也就是翅膀平面与气流的角度)处于时时变化中,而从侧面观察,昆虫的翅膀其实是在划八字形。直到最近,人们把昆虫放进风洞好好研究了一番才发现,其实这些小家伙的翅膀是在空气中制造涡流,依靠这些可控的涡流,它们的翅膀在向下和向上拍动时都能产生升力,这是鸟与蝙蝠绝对无法做到的。现代航空界中对可控涡流的研究和应用只不过是最近十几年的事,这还多亏了超级计算机的帮助。一只小蜜蜂借助这些涡流,产生达到其体重3倍的升力,而向前的推力则是体重的8倍之多,与之相比,一架战斗机的推力/重力比能达到2就可以笑傲江湖了。这样你就不难理解,为什么苍蝇能在空中做出令人匪夷所思的急转弯了。
当然,这一切代价也相当高昂,飞行是件十分费力的活儿,一只果蝇飞行1小时就要消耗掉体重的10%。当然,果蝇使用碳水化合物作为动力来源,这有点儿不太划算,其他很多昆虫直接利用脂肪作为“燃料”,便让航行经济性大为改观。所以你绝对不能小看昆虫的能力,一只小小黑脉金斑蝶能以每天150公里的速度连续飞行3000公里,完成从北美到中美洲的长途迁徙。
逍遥而生
长途迁徙,在昆虫界是少数勇士才敢尝试的壮举,而在鸟类中则是家常便饭。2007年3月28日,一只斑尾塍鹬悄悄降落在黄海海滨,鸭绿江口。这只体长不过40厘米的水鸟绝对值得大家起立鼓掌,因为根据固定在身上的卫星定位装置显示,它不间断飞行了9天,从遥远的新西兰北岛泰晤士河口而来,总行程达到了10200公里,这是迄今为止鸟类不着陆飞行的世界纪录。
鸟为什么这么能飞?可以说它们就是为了飞翔而生的。看一只鸟,首先映入眼帘的自然就是那满身羽毛。现存动物中,只有鸟类长着羽毛,被归为四种基本类型:体羽、绒羽、翼羽和尾羽。体羽就是覆盖鸟类身体表面的那种小型羽毛,主要作用是塑造鸟光滑的流线形身体;绒羽则是人们用来填充枕头和被子的那种细小羽毛,作用当然是保温隔热;翼羽是飞行的关键,也叫飞羽,只存在于鸟的翅膀上,它是不对称的,有助于形成上弯下平的翼面;而尾羽则通常是对称的,起到舵的作用。如果用放大镜仔细观察,你会发现飞羽的边缘绝非光滑,而是布满小勾,这让飞羽与飞羽之间牢固链接,如同尼龙快搭扣一样,让整个翼面结成整体。
鸟的翅膀形状也千差万别,长短宽窄各不相同,这都是鸟根据自己的生存条件量身定做的。翅膀长度和宽度的比在航空学上称为“展弦比”,展弦比越大的翅膀飞行阻力越小,但是机动性越差,所以那些不需要经常改变飞行方向的鸟的翅膀大多细长,比如信天翁,它翅膀的展弦比达到了25,而麻雀的展弦比只有5——带着一对冗长的翅膀在树丛里穿来穿去显然太不方便了。翅膀的尺寸也是很有讲究的,升力和阻力都与翼面积和速度平方的乘积成正比,所以这类大翅膀的鸟往往是不需要快速飞行的。猛禽或许是个例外,它们也都有一双巨大的翅膀,同时需要快速俯冲来捕猎。这不要紧,鸟翅膀与飞机翅膀最大的不同在于它灵活可变。游隼在俯冲时将翅膀完全收起,整个身体好似一枚炮弹,这让它的极端速度达到了每小时400公里。而需要长距离飞行的动物翅膀相对都比较小,比如天鹅,这让它们飞行的阻力更小,但伴随而来的弊端是起飞更困难,需要在水面或地面上长距离助跑获得初速度。大翅膀的鸟则要潇洒许多,翼展3米以上的信天翁或者康多兀鹫只需要从它们位于悬崖顶端的巢中跳入蓝天就可以自由翱翔了。
确实,翱翔是所有飞行中最逍遥的一种。伟大的庄子在《逍遥游》中有对扑翼飞行和翱翔的精彩解释。学鸠讥笑大鹏:“我决起而飞,枪榆枋而止,时则不至而控于地而已矣,奚以之九万里而南为?”扑翼飞行与展翅翱翔是完全不同的两种飞行方式,难怪“学鸠”无法理解。翱翔与滑翔也不一样,看起来都是不扇动翅膀,实则滑翔是屈服于地球引力,而翱翔则是借助外力无视地球引力。翱翔又分为静态翱翔和动态翱翔,前者借助热气流——太阳加热地面,裸露的岩石或土壤由于比热容低,升温更快,于是加热了近地面的空气,而热空气比重小,于是便上升,形成上升气流。这些上升气流好像肉眼看不见的螺旋形山峰,秃鹫、兀鹫和很多猛禽正是借助这些热气流长时间停留在高空。而动态翱翔则要借助稳定的迎面气流,大洋上风带提供了这种条件,信天翁和许多其他海鸟就可以在风里一飞数日不用扇动一下翅膀,正像庄子笔下的列子,“御风而行,泠然善也”。
当然,这一切代价也相当高昂,飞行是件十分费力的活儿,一只果蝇飞行1小时就要消耗掉体重的10%。当然,果蝇使用碳水化合物作为动力来源,这有点儿不太划算,其他很多昆虫直接利用脂肪作为“燃料”,便让航行经济性大为改观。所以你绝对不能小看昆虫的能力,一只小小黑脉金斑蝶能以每天150公里的速度连续飞行3000公里,完成从北美到中美洲的长途迁徙。
逍遥而生
长途迁徙,在昆虫界是少数勇士才敢尝试的壮举,而在鸟类中则是家常便饭。2007年3月28日,一只斑尾塍鹬悄悄降落在黄海海滨,鸭绿江口。这只体长不过40厘米的水鸟绝对值得大家起立鼓掌,因为根据固定在身上的卫星定位装置显示,它不间断飞行了9天,从遥远的新西兰北岛泰晤士河口而来,总行程达到了10200公里,这是迄今为止鸟类不着陆飞行的世界纪录。
鸟为什么这么能飞?可以说它们就是为了飞翔而生的。看一只鸟,首先映入眼帘的自然就是那满身羽毛。现存动物中,只有鸟类长着羽毛,被归为四种基本类型:体羽、绒羽、翼羽和尾羽。体羽就是覆盖鸟类身体表面的那种小型羽毛,主要作用是塑造鸟光滑的流线形身体;绒羽则是人们用来填充枕头和被子的那种细小羽毛,作用当然是保温隔热;翼羽是飞行的关键,也叫飞羽,只存在于鸟的翅膀上,它是不对称的,有助于形成上弯下平的翼面;而尾羽则通常是对称的,起到舵的作用。如果用放大镜仔细观察,你会发现飞羽的边缘绝非光滑,而是布满小勾,这让飞羽与飞羽之间牢固链接,如同尼龙快搭扣一样,让整个翼面结成整体。
鸟的翅膀形状也千差万别,长短宽窄各不相同,这都是鸟根据自己的生存条件量身定做的。翅膀长度和宽度的比在航空学上称为“展弦比”,展弦比越大的翅膀飞行阻力越小,但是机动性越差,所以那些不需要经常改变飞行方向的鸟的翅膀大多细长,比如信天翁,它翅膀的展弦比达到了25,而麻雀的展弦比只有5——带着一对冗长的翅膀在树丛里穿来穿去显然太不方便了。翅膀的尺寸也是很有讲究的,升力和阻力都与翼面积和速度平方的乘积成正比,所以这类大翅膀的鸟往往是不需要快速飞行的。猛禽或许是个例外,它们也都有一双巨大的翅膀,同时需要快速俯冲来捕猎。这不要紧,鸟翅膀与飞机翅膀最大的不同在于它灵活可变。游隼在俯冲时将翅膀完全收起,整个身体好似一枚炮弹,这让它的极端速度达到了每小时400公里。而需要长距离飞行的动物翅膀相对都比较小,比如天鹅,这让它们飞行的阻力更小,但伴随而来的弊端是起飞更困难,需要在水面或地面上长距离助跑获得初速度。大翅膀的鸟则要潇洒许多,翼展3米以上的信天翁或者康多兀鹫只需要从它们位于悬崖顶端的巢中跳入蓝天就可以自由翱翔了。
确实,翱翔是所有飞行中最逍遥的一种。伟大的庄子在《逍遥游》中有对扑翼飞行和翱翔的精彩解释。学鸠讥笑大鹏:“我决起而飞,枪榆枋而止,时则不至而控于地而已矣,奚以之九万里而南为?”扑翼飞行与展翅翱翔是完全不同的两种飞行方式,难怪“学鸠”无法理解。翱翔与滑翔也不一样,看起来都是不扇动翅膀,实则滑翔是屈服于地球引力,而翱翔则是借助外力无视地球引力。翱翔又分为静态翱翔和动态翱翔,前者借助热气流——太阳加热地面,裸露的岩石或土壤由于比热容低,升温更快,于是加热了近地面的空气,而热空气比重小,于是便上升,形成上升气流。这些上升气流好像肉眼看不见的螺旋形山峰,秃鹫、兀鹫和很多猛禽正是借助这些热气流长时间停留在高空。而动态翱翔则要借助稳定的迎面气流,大洋上风带提供了这种条件,信天翁和许多其他海鸟就可以在风里一飞数日不用扇动一下翅膀,正像庄子笔下的列子,“御风而行,泠然善也”。
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