科学家通过3D动力学模型解开“飞”蛇之谜

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

1.据国外媒体报道,蜜蜂在人们的眼中只是可以采集花蜜来酿造蜂蜜,但很少有人关注蜜蜂是如何飞行的。美国研究人员最近利用高速数码摄影技术和蜜蜂翅膀的遥控模型,推测出了蜜蜂飞行的机理,结果发现蜜蜂的飞行机理比我们想象的更加奇特,而且其负重飞行的能力非常强大。科学家们在研究过程中对蜜蜂的飞行图像进行了连续数小时的拍摄,并用配备了测力传感器的自动装置模拟蜜蜂飞行动作,通过对拍摄结果的分析,结果得出的蜜蜂飞行机理比想像的更为奇特,不仅振翅的频率很高,而且在不同的环境下振翅的幅度也不一样。负责这项研究工作的是来自美国加利福尼亚理工学院的科学家道格拉斯·阿特舒勒(音),他在谈到这项研究结果时称:“蜜蜂拍打翅膀的速度非常快,在空中盘旋的状况下,身体为蜜蜂八十分之一的果蝇每秒拍打翅膀200余次,相比之下,体积大得多的蜜蜂每秒拍打翅膀却达230余次。同时,它们还要运送花粉和花蜜,以供其它蜜蜂食用,它们背负的重物有时与其体重相当。这使我们对蜜蜂的飞行机理产生的浓厚了兴趣,如果可以把这种原理用于飞行,那么将可以大大改善我们现有飞机的性能。为了搞清楚蜜蜂为何能承载如此沉重的负担,阿特舒勒和他的同事们让蜜蜂在一个的氧气和氦气浓度小于普通空气的狭小空间内飞行,这需要蜜蜂付出更大的努力才能保持向上的姿态,科学家趁机观察蜜蜂应付工作量增加的代偿机理,结果发现蜜蜂只是加大了拍打翅膀的振幅,但并没有调整振翅频率。阿特舒勒表示,这一发现将有助于设计一种能在适当的位置上盘旋、同时携带物资的飞机,这种飞机可用于地震或海啸的监测及运送救灾物资等多种用途。2.最新研究发现,蜜蜂的飞行并不是全部由翅膀来完成的,它的腿也发挥着重要的作用。蜜蜂在飞行的时候它的腿不是收起来的,相反它把的后腿向前伸出来帮助飞行。飞行过程中它的后腿不仅能够产生上升的力量,而且还能帮助蜜蜂保持身体平衡,防止出现翻滚。这一发现将对人们研发用于执行搜救和监视任务的小型飞行器有所帮助。蜜蜂的最高飞行速度既不取决于它的肌肉力量的大小,也不取决于它振动翅膀频率的高低,而是取决于它在不稳定的飞行条件下自我控制和调节平衡的能力。它伸出的后腿可以帮助它实现平衡,就像一个飞速旋转的花样滑冰运动员张开手臂来平衡自己的身体一样2.蜜蜂是如何飞行的?这一直是一个令人迷惑不解的问题。然而,更加令人大惑不解的是,科学家惊奇地发现,如果你用飞机这类飞行工具飞行时所遵循的传统空气动力学原理来看的话,蜜蜂根本就不能在天上飞。可是,这些小小的蜜蜂却是飞行能手。那么,它们为何能全盘否定空气动力学所遵循的经典法则呢?为此,科学家利用机器人模型,再结合慢动作录像,解开蜜蜂如何飞行的奥秘。此研究成果发表在近日出版的《美国国家科学院学报》上。按照传统空气动力学原理,蜜蜂是不能飞行的。据《新科学家》等媒体报道,昆虫是世界上第一个飞行家,如今,它们进化的后代所进行的飞行绝技表演比精英比赛还要精彩得多。它们可以像流星一样在你眼前划过;可像直升机一样在花朵上盘旋;在你要拍打它们时,它们就一下消失得无影无踪了。按科学的方法来说,昆虫飞行是20世纪的一大谜团,至今仍令人大惑不解。有研究表明昆虫是通过猛烈地拍打它们的翅膀来飞行的,可这种力量太小没有应用到飞机上。1934年,科学家安托万·马根来和安德烈·桑来古进行蜜蜂的飞行研究。他们应用数学分析和已知的飞行原理来计算蜜蜂的飞行,得出结论是“蜜蜂飞行是不可能的”。自那以后,蜜蜂成了不遵守空气动力学原理的典型。尽管蜜蜂飞行之谜成了冰山之巅,但长久以来,研究人员都致力于搞清楚所有昆虫的飞行,从极小的果蝇到样子邪恶的蜻蜓。这是因为昆虫飞行与人类飞行的技能有很大不同,后者的物理学原理不能解释前者的飞行。因为像大黄蜂、蜻蜓、果蝇和其它飞行的昆虫体积都很小,必须用显微镜才能看清它们的飞行动作和难以置信的自然力和不可忽视的作用。高速录像机帮助科学家捕捉到了蜜蜂翅膀拍打的幅度和次数。最新例子就是这次由奥特苏勒、迪克逊和他们的同事所进行的研究。他们在论文上报告说,为揭开蜜蜂的飞行战术,科学家将蜜蜂赶进一个清澈的塑料箱中,箱子里安了3个高速录像机,以每秒6000次的速度拍摄蜜蜂的3D快照。他们发现,盘旋的蜜蜂经常以每秒240次的速度拍打它们一厘米长的翅膀,每次拍打的幅度只有90度,较其它昆虫的小,但拍打得快。因为其它昆虫拍打次数每秒不到200次,每次拍打幅度超过165度。按照飞行专家的一贯假定,昆虫越小,它们的翅膀就拍打得越快。在这方面,蜜蜂又是个例外,比如,意大利蜜蜂(Apis mellifera)拍打其10毫米宽的翅膀,每秒可达240次,较比它小得多的果蝇每秒仅200次要快许多。为何身材翅膀短小的蜜蜂要小幅度地尽快拍打其翅膀呢?为弄清这一点,研究人员还观察了这些昆虫在低压高空条件下是如何飞行的。当它们飞进低浓度氧和氦气的蜂箱时,里面的空气稀薄得如同海拔9200米高空的水平,此时,蜜蜂只得将拍打幅度增加到近140度,接近其它昆虫的幅度,才能支持它们的飞行,蜜蜂的这种不寻常的飞行方式是为了适应其飞行中所面临的不同需求。因为,在改变速度方面,短距离拍打较长距离拍打更快捷。研究者发现,蜜蜂翅膀改变方向可以产生额外的力量。这次昆虫飞行研究领域的关键工作是英国剑桥大学的查尔斯·伊林顿与其他科学家,包括迪克逊。迪克逊1996年所建造的相同比例的大机器人昆虫模型—机器人飞虫帮了大忙。当机器人翅膀前后拍打时,他们测量了其不同部位的力量。科学家发7a64e58685e5aeb931333330336261现,蜜蜂产生的举升力不稳定,而是在每次拍打的开始、中间和结尾时所产生的力量最大。还有一种奇特的力量就是已知的额外质量力,这种力量每次拍打结束时可达到顶峰。当翅膀方向改变时,此力量还能提高加速度。也就是说,翅膀改变方向可以产生额外的力量。研究人员发现,大多数昆虫拍打其翅膀的幅度较大,而蜜蜂的较小但更为猛烈。蜜蜂的一种方式效率低且稳定性差。科学家认为,蜜蜂的这种不寻常的飞行方式是为了适应其飞行中所面临的不同需求。当找蜂蜜时,它们的重量最轻;当粘上花粉,或带有卵时,它们的重量是平时的2倍。在改变速度方面,短距离拍打较长距离拍打更快捷,因此蜜蜂的飞行方式能大大改变其上升的力量www.zgxue.com防采集请勿采集本网。

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飞蛇之谜维普斯高地坐落在俄罗斯的欧洲部分,位于圣彼得堡和穆尔曼斯克之间,方圆几千公里范围内都是沼泽地,人口密度在全国最稀少。据官方统计,近年来每年都有约10具赤裸人尸,但又找不到任何横死迹象。民警束手无策,民间谣传有魔鬼在兴妖作怪。媒体在全力关注,但至今仍查不出任何结果。1993年秋发现一具锯木厂看门人的尸体,赤身裸体,衣服堆在一边,衬衣的扣子掉在一旁。20世纪90年代末一个月内连续死两人,经解剖两人都不是横死,体内只有极少量的酒精成分。2001年秋天有一人死亡,衣服码放在篮子里。2001年10月末,发现一具尸体,赤脚坐在树墩上,皮靴和袜子整整齐齐地摆在一边。今年9月又发现一具尸体,只穿内衣,裤子和绒线衫乱扔在一旁。法医鉴定没有任何横死迹象。这些接二连三发生的莫名其妙死人事件让当地民警伤透脑筋,他们对一些现象根本无法解释,而且之前也没有资料可供参考。自1993年以来在这个地区发现的16具全裸或半裸的尸体,找不出任何暴力迹象。这些尸体都发现在半径为50公里的一个狭窄地方,也就是离圣彼得堡有300公里的“熊角”。死去的16人中有3人来自圣彼得堡,其余为本地人;有2个女性,其余为男性;不属于抢劫事件,因为财物完好;所有的死亡事件都发生在4~10月这段气温相对暖和的时间。不过冬天也有个例,只是冬天死的不是裸体;脱下来的衣服有些是整齐码放,有些比较零乱。莫斯科法医检验局首席专家谢尔盖·尼基金认为,死者死前除了有身子发热的症状外,还有神经错乱,这有可能是高热的结果。或者是有什么东西进入了体内,才引发高烧和“幻觉”,使人处于谵妄状态。通盘分析之后,有人得出结论:人体内进入了能引起高热和神志不清的毒素。考虑到死人都发生在晚春、夏和早秋,便可以假设所有的受害者都是中了某种动物或植物的毒。比如说,闻了有毒的花,吃了毒蘑菇,被毒蛇咬伤…沼泽地里有一种喇叭花,它能排出一种麻醉人的香精油。但这种喇叭花在西伯利亚、外贝加尔湖和俄罗斯中部地区的沼泽地带也能碰到,那里却没发现赤裸的死尸。当地人对蘑菇都格外谨慎,从小只采熟悉的品种,绝不会胡乱采来吃。误食毒蘑菇也不可能。最后就只剩下一个最合理的解释—被毒蛇咬伤。据当地人说,这里的沼泽地里栖息着一种剧毒的“飞蛇”,这种蛇长30-40厘米,公蛇的头顶上有个突出物,很像鸡冠。“飞蛇”能跳也能飞,能上蹿好几十米,也能从几十米高的树上跳下。印尼的棕榈蛇与其相似。至于这里的沼泽地里是否真有“飞蛇”,目前尚无证据,所以维普斯高地的死人之谜至今仍没有揭开内容来自www.zgxue.com请勿采集。


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