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蜜蜂不用遵守空氣動力學?翅膀那麼小,它們是怎麼飛上天的?

大千世界 2021/05/28

蜜蜂是人類的好朋友,仔細觀察過蜜蜂的人都知道,與蜜蜂胖乎乎的身體相比,它們的翅膀顯得很小,這不免令人擔心,蜜蜂的翅膀那麼小,它們真的能飛上天嗎?而事實證明我們的擔心是多餘的,因為蜜蜂不但能夠飛上天,而且飛行技術還相當不錯。

蜜蜂飛行的謎團曾經困惑了人們很長一段時間,根據早期的研究,蜜蜂的翅膀無論怎麼拍打都無法產生足夠的升力,看上去蜜蜂似乎沒有遵守空氣動力學,那它們為何也能飛上天呢?難道是蜜蜂不用遵守空氣動力學嗎?

答案當然是否定的,之所以會存在這種說法,其實是因為早期的相關理論還不夠完善,建立模型時也考慮得不夠細緻,而隨著科學的發展,現代空氣動力學早已揭開了蜜蜂飛行的謎團,下面我們就來看一看它們是怎麼飛上天的。

蜜蜂的翅膀蜜蜂有一前一後兩組翅膀,其上分佈著橫向和縱向的翅脈,它們彼此交聯,並且存在著一些分支結構,為翅膀提供了有效的機械支撐,並將薄到透明的翅膜牢牢地固定其中,而兩組翅膀的前緣都存在著一個相對堅固的區域,這加強了蜜蜂的翅膀穿透空氣的能力。

如上圖所示,蜜蜂前翅邊緣還有一種特殊的鋸齒狀結構,這可以使其前翅和後翅聯繫得更緊密,從而使蜜蜂在飛行時獲得更大的動力。

除此之外,蜜蜂的翅膀上還分佈著非常細小的毛狀結構,根據位置的不同,它們的種類、長度以及密度都不一樣,相關研究表明,這些毛狀結構符合空氣動力學,它們可以幫助蜜蜂在飛行時更好地利用氣流。

蜜蜂的飛行肌肉蜜蜂用於飛行的肌肉位於它們的胸腔之內,可以分為兩種,一種可稱為「直接肌肉」,這些肌肉直接附著在翅膀上,它們可以允許蜜蜂單獨操控某個翅膀,使其向前後左右移動,而當這些肌肉相互配合時,則可以讓蜜蜂的翅膀旋轉,並且還能夠使其出現一定程度的扭曲。

另一種可稱為「間接肌肉」,這些肌肉沒有與翅膀直接連接,而是附著在「直接肌肉」上,「間接肌肉」又可分為垂直和水準兩組,前者從蜜蜂胸腔的頂部一直延伸到底部,當其收縮時,會使蜜蜂的翅膀往上,後者則從蜜蜂胸腔的前部向後部延伸,當其收縮時,會使蜜蜂的翅膀往下。

得益於昆蟲獨特的呼吸系統,蜜蜂的這兩組「間接肌肉」都可以進行高頻率的收縮和放鬆,當它們協同工作的時候,蜜蜂的翅膀就能夠以極高的速度振動,其頻率可以高達每秒鐘200多次。順便講一下,我們聽到的蜜蜂發出的「嗡嗡」聲,其實就是它們的翅膀在高速振動的時候產生的。

蜜蜂是怎麼飛上天的?

蜜蜂的翅膀並不是剛性的,在飛行過程中,蜜蜂的翅膀在高速振動的同時還可以單獨移動,並且還可以發生扭曲和旋轉,從而讓翅膀附近的空氣產生渦旋,而蜜蜂飛行的動力就來自於此。

例如在蜜蜂的翅膀向下振動的過程中,翅膀前緣區域就會迅速形成低壓區,在這種情況下,下方的空氣就會迅速湧入其中,形成空氣渦旋並將蜜蜂包裹在其中,而在翅膀繼續振動的過程中,這種渦旋在短時間內並不會脫落,從而蜜蜂提供了持續的升力,只需要輕微地改變翅膀的傾斜度,蜜蜂就可以在空中飛行。

在水準飛行的過程中,蜜蜂的翅膀會通過特殊的動作在沿著翼展方向形成一種「展向氣流」,這可以使翅膀前緣的空氣渦旋在形成之後不會迅速增大,從而長時間地滯留在蜜蜂附近,這就可以幫助蜜蜂在平動過程中也能夠得到升力。

除此之外,蜜蜂的翅膀在振動方向發生轉換的過程中(例如向下轉換為向上),還能夠圍繞著翼展方向進行軸向旋轉180度(俗稱「翻一面」),這能夠增加空氣與翅膀的相對速度,同時還可以回收空氣渦旋尾跡中的部分能量,從而使蜜蜂獲得額外的動力。

簡而言之,儘管蜜蜂的翅膀看上去那麼小,但它們這種的翅膀卻能夠通過高速振動來不停地形成的空氣渦旋,而通過對這些空氣渦旋的精准掌控,蜜蜂就可以實現各種飛行需求。

小結通過以上的介紹我們可以看到,所謂的「蜜蜂沒有遵守空氣動力學」,只不過是人們在知識不夠全面的情況下所提出的觀點。當然了,即使是到了現在,我們仍然談不上完全洞悉了蜜蜂飛行的奧秘,期待在未來的探索中,我們能夠收穫到更多的知識。


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