如何減少液體的阻力

如果一隻動物在覓食的過程中不小心從樹頂掉下來，它們就不會知道這是地球的引力。然而，理論的不足並不意味著這些動物就不會用困難的物理定律來練習。當我們掌握了一些物理知識後，我們就能理解一些讓人難以置信的動物“神技”和生活習慣。

這種動物會“輕功”

水面上，一隻動物悠閒地飄著。它很苗條，有六條腿。它能平穩地踏在水面上，不怕弄溼或沉入水中。它是水黽。為什麼水黽不會因為重力而下沉？

任何學過物理學的人都知道，如果物體的重量小於液體的浮力，它就不會下沉。因此，水上行走者要想在水上順利行走，就需要有很大的浮力。就像希臘科學家阿基米德指出，物體的浮力等於液體下沉時的重力。但是，它是在液體的外表面，而不是在液體中，因此需要應用不同的計算規則。

無論是落葉還是水黽，當它們落在液體表面時，決定浮力的主要因素有兩個：一是液體表面產生的張力的強度，二是生物與液體接觸的表面積。

所謂液體張力，就是它的表面會像蹦床一樣緊繃而富有彈性。水的表面張力很大。水行俠的腳只要平放在水面上，與水的接觸面積就可以達到100%到一平方釐米，產生的浮力足以使水上漫遊者保持一種輕盈的姿勢。這就是為什麼大多數水黽可以在水上安全地行走甚至跳躍。

長得太“胖”，也能飛得高，跳得遠

早在20世紀初，一些學者用傳統的空氣動力學定律證明大黃蜂是不可能飛行的，因為它們的身體太胖，翅膀太小，產生的推力比大黃蜂的體重還大。事實上，大黃蜂不僅能正常飛行，還能飛出比珠穆朗瑪峰高100多米的高度。那麼這些學者錯在哪裡了？

原來他們用的模型太簡單了。他們假設黃蜂不拍打翅膀，像飛機機翼一樣堅硬，而忽略了黃蜂翼尖的軌跡。

與其他昆蟲相比，大黃蜂拍打翅膀的頻率更高，每秒150次，以產生升力。此外，大黃蜂翼尖的軌跡不是簡單的上下運動，而是呈“8”字形或“Q”字形軌跡。當大黃蜂向下拍打翅膀時，這個軌跡會在翅膀的前緣產生一個叫做前緣渦的空氣渦。這種漩渦的存在會在黃蜂翅膀上方形成一個低壓區，類似於一個小旋風，使黃蜂獲得向上的升力。

蜘蛛善於利用靜電

漫威漫畫中最受歡迎的超級英雄之一是蜘蛛俠。蜘蛛俠有很強的攀爬能力。他可以徒手攀爬高樓的外緣，甚至可以在天花板上自由穿梭。在與敵人作戰時，他還可以噴灑蜘蛛絲，使之牢牢地粘在一起。雖然蜘蛛俠在現實生活中並不存在，但在動物世界中卻有一個真實的蜘蛛俠版本。蜘蛛能在屋簷和牆上飛的原因在於它們的腳。從力學角度看，當兩個固體表面相互靠近時，它們之間的相互作用非常複雜，包括範德華力、靜電力、耦合力、毛細力等。蜘蛛的腳上有很多剛毛。當它們與物體表面的分子相互作用時，就會產生範德華力。範德華力是中性分子相互靠近時產生的一種弱電磁力。大量範德華力的疊加足以支撐蜘蛛的重量。

除了爬行，蜘蛛也非常善於捕食。很多人可能會認為蜘蛛的網是粘性的，小蛾子、蚊子或其他動物在飛行過程中碰到蜘蛛網就會成為蜘蛛的食物。然而，這些小動物並不是都被蜘蛛網誤抓了。

隱形海馬

矮海馬只有2。5釐米長，被稱為“世界上最慢的魚”，每小時只能走1。5米。如果水下有100米的衝刺。這些尖頭、卷尾的生物需要將近三天的時間才能到達終點，但從生理角度來看，它們緩慢的生活方式也是有道理的。

在溫暖的加勒比海，住著矮海馬和大多數魚類都愛吃的橈足動物，它們是毫米大小的透明甲殼類動物。橈足類為了躲避遍佈海洋的兇猛敵人，有著靈敏的觸角，能探測到最小的液體運動。一旦探測到水中的運動，橈足類在一秒鐘內可以游出500倍於身體距離的距離，而獵豹在一秒鐘內只能跑出30倍於身體距離的距離。

面對賽跑冠軍的獵物，慢吞吞的海馬要想吃到獵物就得躡手躡腳。好在海馬的頭部是一個又長又窄的三角形，這樣可以更好地抵抗液體阻力的干擾，使水不會有太大的震動。

狗狗的甩幹大法

把棍子扔進水裡，受過訓練的狗會直接跳進水裡把棍子撿起來。問題是狗的毛很厚。被打溼後，身體會很重。一個27公斤的溼狗皮毛將含有0。4公斤的水，狗將消耗身體熱量的20%來除去水分。那麼，狗是如何保持自身乾燥的呢？

利用人體熱量加熱空氣和蒸發水分需要大量的能量。於是，狗選擇了另一種方式——甩幹自己。狗的拋水動作會從頭部開始，能量波會以頭部為參照點傳播到身體其他部位，頭部扭轉幅度越大，波的幅度越大。當狗使用“甩幹”法時，雖然身體的頻率與皮層相同，但身體不能像皮層那樣扭曲，因為皮層比較鬆弛。當身體劇烈擺動時，毛髮的擺動幅度大於身體和頭部，因此加速度會增加。這種行為就像揮舞鞭子。