科普君XueShu雪树
26-06-12 22:03 微博认证:科学科普博主

【水黾 ( mǐn )为何能水上漂?因为它脚踩风火轮】
你肯定在池塘边见过一种能在水面上奔走的小虫子——水黾(俗称水蜘蛛)。它们是怎么练成这身水上漂绝技的?

以前科学家认为,水黾是靠腿划水激起水波,利用水波的反作用力往前走。

但这有个致命漏洞:水波是有最低限速的。腿划水的速度必须超过每秒23.2厘米,才能在水面造出波浪。

成年水黾没问题,但刚出生的水黾宝宝腿短力气小,根本达不到这个速度。按理说它们造不出水波,应该寸步难行,可现实中它们跑得欢快得很。这就是流体力学中著名的丹尼悖论。

顶级期刊《Nature》上发表了一篇论文,解开了谜团。

科学家在水里撒了微小颗粒和染料,用高速摄像机拍下了水黾划水的瞬间。结果发现,秘密根本不在水面上,而在水面之下!

水黾的腿长满疏水毛,站在水面上时,会把水面压出一个个向下的小水坑。水黾把这个凹陷的水坑当成了宽大的船桨。大自然的进化让水黾的腿力恰到好处,无法刺破水面。当它向后蹬腿时,推着水坑一起往后,在水下卷起了一对半球形的漩涡。制造漩涡是没有速度门槛的。水黾把漩涡往后推,水就给了它一个向前的反作用力。

这样一来,连造不出水波的水黾宝宝也能轻松前进了。激起的表面水波只是划水时动力来源的零头,水下的漩涡才是真正的动力大头。(如图所示,后面是波纹,脚下是涡旋)

为了证明这个理论,科学家甚至按这个原理造了个纯机械的机器水黾,真的在水上走了起来!

大自然的进化,真是把流体力学玩到了极致。那对深藏水下微型漩涡,驱动着小虫子向前飞驰,简直就像是给水黾脚下踩了一对隐形的风火轮。

【参考资料】
Hu, David L., Brian Chan, and John WM Bush. "The hydrodynamics of water strider locomotion." _nature_ 424, no. 6949 (2003): 663-666.

发布于 湖北