作者:冯维维 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/7/26 14:31:48
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小翅膀 善飞行

蜜蜂飞翔背后原因获揭示。图片来源:Andrew Mountcastle

从20世纪30年开始,蜜蜂就在违反数学原理。计算表明,蜜蜂的翅膀并不能提供足够升力使其身体离开地面,但这却未阻止它们飞行。“当然,蜜蜂一直在飞翔,它们并不在意人们认为什么是不可能的。”在2007年的电影《蜜蜂总动员》的开始,解说员如是说。现在,一个新数学分析已经拼凑出蜜蜂及其他昆虫和小鸟如何飞翔的完整画面。

在20世纪90年代以前,人们一直认为蜜蜂飞行类似于商业飞机的飞翔,是用翅膀附近连续流动的空气产生升力。但1996年,研究发现蜜蜂翅膀前缘还会形成类似微型龙卷风的气流,即前缘涡(LEVs)。

“一开始,所有人都认为这是我们找到的神奇解决方案。人们崇拜漩涡,并认为它们一定对额外的升力起作用。”英国曼彻斯特大学的Mostafa Nabawy说。

但通过对8个不同物种的8项不同实验进行重新分析之后,Nabawy和同事发现LEVs并不能真正产生额外的升力。研究人员建立了3个数学模型,每个模型都有产生升力的不同机制,他们将其与最初的实验进行了对比,最终了解到这些生物缘何会在空气中停留的原因。 出乎意料的是,他们发现LEVs并不像此前认为的那样能够直接产生升力。“相反,我们发现LEVs意味着翅膀可以在更高的角度不停歇地运行。”Nabawy说。蜜蜂翅膀边缘的空气漩涡可以让其调整其翅膀的角度从而更轻快地飞到空中,提高飞行中的气流。正是这种更高的翅膀角度给蜜蜂、果蝇乃至蜂鸟等足够的升力飞行(论文链接)。

如果一只蜜蜂在飞行途中时LEVs停止运转,那么它将会失去速度,这意味着支持升力的来自翅膀顶部和下方的压力差将会终止。那样,蜜蜂将会从空中掉落、弹落在地面上,并滑行一段距离后停下来。

英国皇家兽医学院的Richard Bomphrey表示,了解蜜蜂如何飞行不仅可以对所谓的“蜜蜂矛盾论”做出结论,新研究还“对风扇、叶轮或用于交付、监管以及搜救任务的小型飞行器具有重要影响”。(冯维维)

 

 

 
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