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大雁:編隊(duì)飛行的節(jié)能妙招

2024-04-28 11:31許秀華
科學(xué)大眾·小諾貝爾 2024年5期
關(guān)鍵詞:分力鴻雁大雁

許秀華

鴻 雁

〔先秦〕佚名

鴻雁于飛,肅肅其羽。之子于征,劬勞于野。爰及矜人,哀此鰥寡。

鴻雁于飛,集于中澤。之子于垣,百堵皆作。雖則劬勞,其究安宅?

鴻雁于飛,哀鳴嗷嗷。維此哲人,謂我劬勞。維彼愚人,謂我宣驕。

如今,有些人喜歡長(zhǎng)途旅行。在動(dòng)物界,一些魚(yú)兒會(huì)長(zhǎng)途跋涉地洄游,鳥(niǎo)類(lèi)和哺乳動(dòng)物也會(huì)進(jìn)行遷徙。不過(guò),人類(lèi)的旅行是衣食無(wú)憂(yōu)后的閑情雅致,而動(dòng)物的遷徙則是生存所迫下的艱苦旅程。

以鴻雁自比

大雁,也叫鴻雁,是主要分布在北半球的鴨科鳥(niǎo)類(lèi),是鴨子的親戚。為了躲避酷暑和嚴(yán)寒,也為了一年四季都獲得豐富的食物,大雁春天飛往北方過(guò)夏天,秋天飛往南方過(guò)冬天。

在春天的南方天空以及秋天的北方天空,很多時(shí)候我們都能看到列隊(duì)飛行的大雁。早在周朝,我國(guó)人民就觀察到了大雁的遷徙行為,并且將其寫(xiě)入了詩(shī)歌《鴻雁》里。后來(lái),此詩(shī)被編入《詩(shī)經(jīng)》中。

在古人的眼中,大雁無(wú)論是肅肅其羽在空中翱翔還是哀鳴嗷嗷發(fā)泄情緒,都不由得讓他們想起離家在外孤身服徭役的悲傷和孤獨(dú)。古人將自己的思鄉(xiāng)之情寄托于大雁之余,是不是也在羨慕大雁不被他人奴役的自由之身?他們是否也在好奇:為什么自由自在的大雁在遷徙中要排成整齊的雁陣?

利用空氣壓力差節(jié)省體能

飛行中的大雁既要懸浮在空中,又要前行。比起在地上走,在天上飛是一件很耗費(fèi)能量的事情。

為了減少能耗,鳥(niǎo)類(lèi)盡量輕裝簡(jiǎn)從,骨頭變成中空的,連膀胱都省略掉了,以免帶著尿液飛行,甚至大便也是隨有隨排(被鳥(niǎo)屎砸到的原因在此)。在長(zhǎng)途飛行中,鳥(niǎo)類(lèi)更是充分利用了流體力學(xué)原理。

空氣作為流體,會(huì)向著各個(gè)方向都產(chǎn)生擠壓和沖擊的力。鳥(niǎo)類(lèi)使勁向下扇動(dòng)翅膀,壓縮了翅膀下方的空氣,這部分空氣的密度變大,對(duì)翅膀產(chǎn)生的向上升力增大。而翅膀上方的空氣則密度變小,對(duì)翅膀產(chǎn)生的向下壓力縮小。上、下方產(chǎn)生的力差托起了鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀,讓鳥(niǎo)類(lèi)在空中飛翔。之后,鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀從下方回到上方,進(jìn)行下一次扇動(dòng)。

當(dāng)鳥(niǎo)類(lèi)保持在一定的高度飛行時(shí),翅膀前邊高、后邊低。因此,上述產(chǎn)生的升力和地面之間有一定的夾角,可分解為垂直和水平兩個(gè)方向的分力。垂直方向的分力負(fù)責(zé)讓鳥(niǎo)類(lèi)保持在空中,水平方向的分力則負(fù)責(zé)讓鳥(niǎo)類(lèi)向前飛行。

選擇合適隊(duì)形

鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀邊緣是一個(gè)開(kāi)放的空間。在飛行時(shí),翅膀的邊緣下部,空氣會(huì)越過(guò)翅膀向上運(yùn)動(dòng),翅膀上部的空氣會(huì)越過(guò)翅膀向下運(yùn)動(dòng)。這兩股空氣流相遇后,就會(huì)在翅膀邊緣產(chǎn)生渦流。渦流直接減少了后面的鳥(niǎo)向前飛行的空氣阻力。

所以,聰明的大雁就一個(gè)接一個(gè)地主動(dòng)進(jìn)入前一只大雁的渦流里飛行。數(shù)量少的時(shí)候,它們就排成“一”字形的隊(duì)伍。數(shù)量比較多時(shí),為了保持隊(duì)形的緊湊,它們會(huì)排成“人”字形的隊(duì)伍。

在雁陣中,排在隊(duì)伍最前面的往往是身強(qiáng)體壯的雄性。領(lǐng)頭雄雁飛得疲憊后,就會(huì)有另一只雄雁主動(dòng)接替它。而雌雁、幼雁以及身體狀態(tài)不佳的大雁,則被保護(hù)在隊(duì)伍中間。

(責(zé)任編輯:陸艷)

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