第24章 漫談生物與仿生(3)(1 / 3)

我們大家都知道,飛機比艦船要快,鳥類的飛行速度也比水生動物的遊泳速度快。這是因為水的密度(單位體積所含的質量)比空氣大700-800倍,在水中運動所受到的阻力要比在空氣中大得多。另外,形狀不同的物體,在水中所受到的阻力大小也不同。所受水的阻力大小不同,運動速度也就不同。空氣和水都沒有一定的形狀,容易流動,統稱為流體。流體力學就是專門研究流體運動規律的一門科學。流體力學的研究結果告訴我們,在水裏運動的物體,所受阻力的大小與物體周圍水流的結構有關。水生動物經過億萬年漫長歲月的進化,適應了水中生活。它們的身體前圓、後尖,表麵光滑,形狀很象水滴(這種形狀稱為流線型),水可以很平滑地從其表麵流過而不會產生漩渦,所受到的水的阻力最小。國外的一些船舶設計部門,仿照鯨、海豚的體形輪廓和身體各部比例,改進了船體設計,大大減小了水的阻力,從而使航速在動力不變的情況下提高了15~14。魚類和鯨等動物所以遊得快,還因為在它們身體表麵粘附著一層粘液,這些粘液的“潤滑”作用也大大減小了水對身體的阻力。人們曾經人工合成了幾種類似的粘液,塗在船隻的外殼上以降低水的阻力。如能進一步解決存在的技術問題,達到實用階段,使用這種潤滑的粘液,也將是一種提高艦船航速的好方法。

有人曾經做過這樣一個有趣的試驗:他們完全模仿海豚的體形製作了一隻“鋼質海豚”,用無線電控製它的活動,這隻海豚模型橡膠尾鰭的擺動次數以及其他各種動作,都逼真地模仿真海豚的動作。但它每小時卻隻能遊3.5公裏。人們從這個試驗認識到,海豚所以遊得快,不隻是因為它有一個理想的流線型體形,一定還另有原因。經過進一步研究,人們終於找到了答案:那是因為海豚的皮膚有著特殊的結構。

海豚的皮膚由兩層組成,外層較薄而富彈性,內層長有許多乳頭狀突起,突起下麵有稠密的膠原纖維和彈性纖維,纖維之間充滿脂肪。這種結構就使海豚皮膚很有彈性,能夠有效地減弱身體表麵水流的振動,從而減小了所受到的水的阻力。當海豚的運動速度大到一定程度時,水流的阻力也會增加,但由於它的皮下肌肉這時也相應地作波浪式運動,因而消除了因高速運動而產生的漩渦,減少了阻力,照樣能夠飛快地前進。

人們根據海豚皮膚結構的這一特點,製造了一種“人造海豚皮”。這種“人造海豚皮”厚2.5毫米,是由三層橡膠薄膜組成的。外邊一層0.5毫米厚,質地光滑柔軟,模仿海豚皮膚的外層。中間一層1.5毫米厚,做有許多乳頭狀突起,突起之間的空隙裏灌滿粘稠的矽樹脂緩衝液,因而富有彈性,模仿海豚皮膚的內層。而裏邊一層是附著其他物體的支持板,厚0.5毫米。這種“人造海豚皮”具有很好的減小水的阻力的作用。把它貼在魚雷的表麵上,可以使魚雷所受到的水的阻力減小一半。把這種“人造海豚皮”貼在小型船隻的船殼表麵,也能使航速顯著提高。

人造艦船是靠螺旋槳的轉動產生動力而前進的,魚、鯨是靠尾鰭和軀幹部的擺動產生動力向前遊的,烏賊則獨樹一幟,是靠噴水前進的。烏賊身體的軀幹部外麵包著一層很厚的囊狀的外套膜。外套膜在軀幹部的腹麵圍成一個空腔——外套腔。烏賊頭部的腹麵有一喇叭形的管子,稱為漏鬥。

漏鬥的細口的一端向外,喇叭口的部分向軀幹內伸入,並開口在外套腔內。外套腔開口於頭部下方,當外套膜舒張時,海水便由此口流入外套腔。當外套膜收縮時,外套腔開口也緊縮,從而迫使腔內的水流由漏鬥口急速向外噴射而出,而噴水的反作用力就使烏賊朝相反的方向快速運動了。由於這種運動方式與火箭類似,而且烏賊在水中的運動又十分迅速,因此人們送給烏賊一個美妙的名字,叫做“水中火箭”。人們模仿這一原理,製成了靠噴水前進的“噴水船”。噴水船也裝有柴油機,但它不是帶動螺旋槳而是帶動一種軸流泵。軸流泵轉動的葉輪先把水吸進去,再從尾的噴水口把水猛烈地噴出去,由於反作用力而使船體向前行駛。噴水船的最大優點是既可在深水航道飛馳,又可在淺水域甚至淺灘上快速航行。

經過漫長的進化歲月的精雕細刻,水生動物的外部形態和內部結構對水中遊泳的適應,已經達到了盡善盡美的程度。

人類的船舶設計師們要想使自己的設計更完美,還需仔細地去研究水生動物,在它們身上,或許會得到不少啟示。

鱷魚的眼淚

自然界是複雜而有趣的。人類要真正認識那些複雜而有趣的事物,往往需要走過一段很長很長的路程。科學的探索是有過程的。

魚類是生活在水裏的。那麼,生活在水裏的動物是否都是魚呢?這個問題,現在看來是不值一提的。然而,在過去某一段時間之內,人們卻是不甚清楚的。正因為如此,從人們口中才出現了象鯨魚、墨鬥魚、章魚、鱷魚等錯誤的稱呼。這些動物雖然都生活在水中,有的長相也似乎象魚,但從動物分類學的角度仔細分析起來,它們卻都不是魚。隨著科學的發展,人們才逐漸認識到鯨魚是哺乳動物,墨鬥魚和章魚是軟體動物,而鱷魚是爬行動物。隻是由於習慣的說法,人們至今仍然沿襲了這些錯誤的稱呼。