蜜蜂是人類的好朋友,仔細(xì)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(dān)心,蜜蜂的翅膀那么小,它們真的能飛上天嗎?而事實證明我們的擔(dān)心是多余的,因為蜜蜂不但能夠飛上天,而且飛行技術(shù)還相當(dāng)不錯。
蜜蜂飛行的謎團曾經(jīng)困惑了人們很長一段時間,根據(jù)早期的研究,蜜蜂的翅膀無論怎么拍打都無法產(chǎn)生足夠的升力,看上去蜜蜂似乎沒有遵守空氣動力學(xué),那它們?yōu)楹我材茱w上天呢?難道是蜜蜂不用遵守空氣動力學(xué)嗎?
答案當(dāng)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(guān)理論還不夠完善,建立模型時也考慮得不夠細(xì)致,而隨著科學(xué)的發(fā)展,現(xiàn)代空氣動力學(xué)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么飛上天的。
蜜蜂的翅膀
蜜蜂有一前一后兩組翅膀,其上分布著橫向和縱向的翅脈,它們彼此交聯(lián),并且存在著一些分支結(jié)構(gòu),為翅膀提供了有效的機械支撐,并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(qū)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(jié)構(gòu),這可以使其前翅和后翅聯(lián)系得更緊密,從而使蜜蜂在飛行時獲得更大的動力。
除此之外,蜜蜂的翅膀上還分布著非常細(xì)小的毛狀結(jié)構(gòu),根據(jù)位置的不同,它們的種類、長度以及密度都不一樣,相關(guān)研究表明,這些毛狀結(jié)構(gòu)符合空氣動力學(xué),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
蜜蜂用于飛行的肌肉位于它們的胸腔之內(nèi),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,使其向前后左右移動,而當(dāng)這些肌肉相互配合時,則可以讓蜜蜂的翅膀旋轉(zhuǎn),并且還能夠使其出現(xiàn)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”又可分為垂直和水平兩組,前者從蜜蜂胸腔的頂部一直延伸到底部,當(dāng)其收縮時,會使蜜蜂的翅膀往上,后者則從蜜蜂胸腔的前部向后部延伸,當(dāng)其收縮時,會使蜜蜂的翅膀往下。
得益于昆蟲獨特的呼吸系統(tǒng),蜜蜂的這兩組“間接肌肉”都可以進(jìn)行高頻率的收縮和放松,當(dāng)它們協(xié)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(dá)每秒鐘200多次。順便講一下,我們聽到的蜜蜂發(fā)出的“嗡嗡”聲,其實就是它們的翅膀在高速振動的時候產(chǎn)生的。
蜜蜂是怎么飛上天的?
蜜蜂的翅膀并不是剛性的,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,并且還可以發(fā)生扭曲和旋轉(zhuǎn),從而讓翅膀附近的空氣產(chǎn)生渦旋,而蜜蜂飛行的動力就來自于此。
例如在蜜蜂的翅膀向下振動的過程中,翅膀前緣區(qū)域就會迅速形成低壓區(qū),在這種情況下,下方的空氣就會迅速涌入其中,形成空氣渦旋并將蜜蜂包裹在其中,而在翅膀繼續(xù)振動的過程中,這種渦旋在短時間內(nèi)并不會脫落,從而蜜蜂提供了持續(xù)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。
在水平飛行的過程中,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后不會迅速增大,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(fā)生轉(zhuǎn)換的過程中(例如向下轉(zhuǎn)換為向上),還能夠圍繞著翼展方向進(jìn)行軸向旋轉(zhuǎn)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,盡管蜜蜂的翅膀看上去那么小,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準(zhǔn)掌控,蜜蜂就可以實現(xiàn)各種飛行需求。
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(xué)”,只不過是人們在知識不夠全面的情況下所提出的觀點。當(dāng)然了,即使是到了現(xiàn)在,我們?nèi)匀徽劜簧贤耆聪ち嗣鄯滹w行的奧秘,期待在未來的探索中,我們能夠收獲到更多的知識。