小壁虎和苍蝇为什么能在墙壁玻璃和天花板上停留和行走? |
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来源:N 更新时间:2010-3-20 |
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小壁虎和苍蝇为什么能在墙壁玻璃和天花板上停留和行走? 苍蝇可以在屋顶墙壁上行走,因为它的爪子上有类似湿海绵的东西,可以起黏合剂的作用。而壁虎之所以这麼能爬,靠的是脚趾上的皮瓣。皮瓣是软质的脊状构造,很轻易就可以压缩在一起,因此壁虎的脚趾能贴合像树干和石头一般的不平滑表面。镶嵌在皮瓣里的角质素毛发,名为刚毛,能塞进物体表面上极其微小的凹洞里,刚毛只需要稍微弯曲,便可以获得最大的接触面积。 壁虎脚底的粘着力究竟是怎样产生的呢?美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家罗伯特·福尔等人经过研究发现看上去不起眼的壁虎,居然是自然界数一数二的“应用物理大师”。它脚底的力量,竟然来自宇宙中最基本的物理学原理———分子引力。靠着这种力量,一只身长2英寸的壁虎,用它不过几平方毫米大小的脚掌,理论上能够毫不费力地提起重达40公斤的重物!
壁虎脚底一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重量,而使用全部刚毛就能够支持125公斤力。
那什么是分子引力呢?分子引力也叫范德瓦尔斯力,是中性分子彼此距离非常近时产生的一种微弱电磁引力。由于这种引力过于微弱,通常没有人加以注意。比如,当我们把手贴到墙上时,也会产生分子引力,但由于实际接触面积太小,可能只有数千个接触点,人的手掌不会被吸附到墙壁上。
但壁虎就不一样了,它的每只脚底部长着数百万根极细的刚毛,而每根刚毛末端又有约400根至1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近,从而产生分子引力。虽然每根刚毛产生的力量微不足道,但累积起来就很可观。根据计算,一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重量,而100万根刚毛虽然占地不到一个小硬币的面积,但可以提起20公斤力的重量。如果壁虎同时使用全部刚毛,就能够支持125公斤力。科学家说,壁虎实际上只使用一个脚,就能够支持整个身体。
壁虎又是怎样自如地控制脚上的吸力呢?科学家用显微摄像机录下壁虎在玻璃上爬动的情况,发现当壁虎试图移动脚掌时,需要付出比吸住附着物时高600倍的力量,并将脚趾伸展到30度以上才能达到目的,这就如同人们扯下粘贴的胶带时所做的一样。而且,即使在真空环境下,它脚上的粘着力也不会失灵,这说明壁虎不必分泌任何物质以维持附着力,也不需要借助空气负压“吸”住物品。
研究人员认为,模仿壁虎脚底的这种结构,有可能研制出粘合力超强的新型胶纸。它具有易于被揭下、不对物体表面造成损伤、可反复使用等优点。
此后,美国路易斯·克拉克学院的科学家在研究中意外地发现了壁虎能够轻而易举附着于物体表面的另一原因:它们能自动清洁爪子绒毛上的脏物,以避免从爬行的表面脱落。
以前,科学家们也曾经猜测壁虎的脚可能有着自动清洗的功能,但它是如何保持脚的清洁及其原理却是个未解之谜。壁虎从不清理自己的脚,而且脚部也不会自动分泌液体。路易斯-克拉克学院的凯拉·奥特姆和温迪·汉森对壁虎的这一神奇功能进行了研究,他们发现,不管壁虎在多么脏的物体表面行走,当它走了几步之后,脚上的脏物就会自动脱落。他们认为,壁虎脚在踩踏脏物之后,脏物的颗粒堆积在绒毛表面,而不是粘在绒毛上,因此在堆积到一定程度之后脏物颗粒在重力的作用下就会脱落 苍蝇有六条细长的腿,每条腿的末端长着两个尖而硬的爪,爪的基部有一个被茸毛遮住的爪垫盘。爪垫盘是一个袋状结构,里面充血,下面凹陷。当苍蝇停留在光滑的墙壁或天花板上时,爪垫盘和平面之间产生了真空,苍蝇便牢牢地吸附在平面上。这种吸附力,足以能承受苍蝇本身的体重。即使苍蝇吸在天花板上,背部向下,也不会掉下来。另外,苍蝇的爪垫盘上,还分泌一种黏液,这样,就使它牢牢地吸在物体上了。
苍蝇搓脚是怎么回事? 苍蝇搓脚是为了清除脚上沾着的食物等东西,保持脚的清洁。否则,脚上的东西越积越多,不仅影响飞行、爬行,还会使它脚上的味觉器官失灵。也就是说,苍蝇搓脚是为了使脚清洁,保持它飞行、爬行和味觉的灵敏性。
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