苍蝇在空中飞行的决定性因素

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苍蝇在空中飞行的决定性因素

2016-11-09 作者: xuzhiping 浏览: 2854 次

摘要: 有人不曾被苍蝇的嗡嗡声吵到发狂过吗?苍蝇拍根本没有用,每次想一拍子打扁它时,它总是能够改变飞行路线,逃过一劫。这一点并不令人意外,因为苍蝇拍动10下翅膀就能做出特技般的转弯,而这只需要1/20秒的时间。苍绳为什么能够在半空中表演这些所谓的特技或急转弯呢? 有两...

有人不曾被苍蝇的嗡嗡声吵到发狂过吗?苍蝇拍根本没有用,每次想一拍子打扁它时,它总是能够改变飞行路线,逃过一劫。这一点并不令人意外,因为苍蝇拍动10下翅膀就能做出特技般的转弯,而这只需要1/20秒的时间。苍绳为什么能够在半空中表演这些所谓的特技或急转弯呢?

有两个因素可能影响苍蝇的空气动力学状态,一个是苍蝇皮肤在空气中的摩擦力;另一个则是身体的惯性,让飞行中的苍蝇能持续飞行。30年来,我们假设大型动物,如鸟和蝙蝠等,其空气动力学状态是由惯性产生的。而我们一般认为,苍蝇体型太小了,无法依靠惯性产生显著效果。因此,科学家认为,小型动物飞行方向的瞬间转变是靠着其皮肤与空气的摩擦力,所以苍蝇其实好像是在空中游泳似的。

苏黎世瑞士联邦理工学院和苏黎世大学共组的神经信息研究中心的弗赖伊以及来自加州理工学院的同行莎亚曼、迪金森,一起纠正了这个错误的观念。在发表于期刊《科学》的论文中,他们研究了果绳无动力自由飞翔的空气动力学机制。

这几位研究人员在一间特别设计的实验室中,安装了3台高速数字摄影机。每台摄影机皆以每秒5000张的速度,拍下果蝇接近及避开阻碍时的动作,然后将记录到的数据下载到由计算机控制的 机器虫体上。这只虫有依比例制造的人工翅膀,可浸人装满矿物油的水池里。靠着这只机器果蝇,3位科学家测量了飞行昆虫拍动翅膀所产生的空气动力。

他们的实验获得了一些杰出的发现。他们注意到,果蝇急转弯前,必须先以两翅动作的微小差异形成扭转力矩。但他们最有兴趣的是果蝇开始转弯时的行为。如果空气摩擦力真的是果绳急转弯 的决定因素,那么只要拍几下翅膀就足以克服阻力,然后果蝇很快就可以将翅膀回复到正常状态,继续向前飞。然而,研究人员发现,事情并非如此。转弯开始时的一瞬间,果蝇用翅膀制造出反转力矩;但只持续几下拍翅的时间。

为什么果蝇要这么做?开始转弯后,苍蝇虽然已经停止用翅膀产生附加力矩,但惯性仍然使果蝇继续旋转。就像溜冰选手表演脚尖旋转一样,果绳也会持续绕着自己的轴心旋转。为了不让身体转个不停,果蝇“踩了刹车”。因为这种反向操舵技术只有在抵抗惯性时才会用到,3位研究员证明了惯性才是(不是摩擦力)果蝇在空中飞行的决定因素。

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