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      大雁:編隊(duì)飛行的節(jié)能妙招

      2024-04-20 04:25:24許秀華插畫玖月
      科學(xué)大眾 2024年9期
      關(guān)鍵詞:分力鴻雁大雁

      ● 文/許秀華 ● 插畫/玖月

      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,有些人喜歡長途旅行。在動物界,一些魚兒會長途跋涉地洄游,鳥類和哺乳動物也會進(jìn)行遷徙。不過,人類的旅行是衣食無憂后的閑情雅致,而動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類,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夏天,秋天飛往南方過冬天。

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

      在古人的眼中,大雁無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,鳥類盡量輕裝簡從,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(被鳥屎砸到的原因在此)。在長途飛行中,鳥類更是充分利用了流體力學(xué)原理。

      空氣作為流體,會向著各個方向都產(chǎn)生擠壓和沖擊的力。鳥類使勁向下扇動翅膀,壓縮了翅膀下方的空氣,這部分空氣的密度變大,對翅膀產(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)生的力差托起了鳥類的翅膀,讓鳥類在空中飛翔。之后,鳥類的翅膀從下方回到上方,進(jìn)行下一次扇動。

      當(dāng)鳥類保持在一定的高度飛行時,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方向的分力。垂直方向的分力負(fù)責(zé)讓鳥類保持在空中,水平方向的分力則負(fù)責(zé)讓鳥類向前飛行。

      選擇合適隊(duì)形

      鳥類的翅膀邊緣是一個開放的空間。在飛行時,翅膀的邊緣下部,空氣會越過翅膀向上運(yùn)動,翅膀上部的空氣會越過翅膀向下運(yùn)動。這兩股空氣流相遇后,就會在翅膀邊緣產(chǎn)生渦流。渦流直接減少了后面的鳥向前飛行的空氣阻力。

      所以,聰明的大雁就一個接一個地主動進(jìn)入前一只大雁的渦流里飛行。數(shù)量少的時候,它們就排成“一”字形的隊(duì)伍。數(shù)量比較多時,為了保持隊(duì)形的緊湊,它們會排成“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,就會有另一只雄雁主動接替它。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。

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