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奇妙的大自然-第4部分
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诹�20多条坑道,总长达7312米,堆放600吨**,于1917年6月7日引爆坑道内的**,炸死德国145名军官,俘虏了7200名士兵。
蟹珠为了猎取食物,把自己打扮成“花蕊”一样,而后一动不动地潜伏在黄花的花蕊上,当蝴蝶、蜜蜂等小昆虫来采花时,突然伸出『毛』『毛』茸茸的长腿,将昆虫擒获当作美餐。在战争中,将部队伪装成与战场地形大体一致的形态,等待敌人进入伏击圈,而后抓住战机发动突然袭击,将敌人一举击败,学的就是“蟹珠取食术”。
有一种天蛾,为了偷吃蜜蜂,用长吻与唇上的触相互摩擦,发出的声音很像蜂王分娩时发出的声音,骗过守卫的蜜蜂,大摇大摆地进入蜂巢偷蜜。在第四次中东战争中,以『色』列军队派出一支部队伪装成埃及军队,驾驶着上次战斗中缴获的埃军坦克,从埃军的第二军团和第三军团之间的间隙渡过苏伊士运河,『插』到埃军的后方,切断埃军的后路,迫使埃及的第三军团投降。这种战术与“天蛾骗术”如出一辙。
“兵不厌诈”,是一种佯动战术——在战争中以假『乱』真、佯装败退等,诱敌深入,寻找战机。其实,这种战术最初是向动物学来的。在弱肉强食的动物生存竞争中,动物们弄虚作假、玩弄骗术的谋略早已驾轻就熟……
大千世界,动物们各有韬略,成了人类战略战术诞生的摇篮。
【小档案】
战略战术是人类智慧的结晶。《孙子兵法》是我国春秋时期的孙武所写,距今约有2000多年,比西方最早的军事著作《远征记》早100多年。孙武是春秋时的齐国人,后来到达吴国,把他所写的研究战略战术的专著《孙子兵法》献给吴王阖闾,并辅助他打败了强大的楚国和齐国,使吴国成了称雄一时的霸主。300多年前,《孙子兵法》传入欧洲,立刻引起了人们的重视,甚至走进一些军事院校的课堂。据说,海湾战争时,美国总统的办公桌上一直放着两本书,其中有一本就是《孙子兵法》。美国海军陆战队还把《孙子兵法》发到每个士兵手中。直至今天,《孙子兵法》中的“知己知彼,百战不殆”等仍广为流传。
第十四章 最完美的飞行器——鸟与飞机()
小问号
在大自然中,鸟无疑是上帝的杰作,被人们誉为“最完美的飞行器”。它的骨骼、胸肌、羽『毛』等,在漫长的飞行磨砺中渐渐趋于完美,仿佛就是为了飞行而生。不知人类是因为向往蓝天才爱慕鸟,还是因为喜爱鸟才格外向往蓝天,人类自古代代都有难了的“飞天情结”。那么,鸟在人类的飞天梦中扮演着什么角『色』?或者说,人类从鸟的身上学到了什么?
大自然是公平的:水里有鱼,地上有兽,天空有鸟!科学家在破解鸟类飞行的奥妙的过程中渐渐发现,鸟与飞行之间有着不解之缘:
飞鸟全身充满了气囊,空气在体内循环,极大地方便了鸟排出在飞行中产生的热量和水分;它的骨骼既柔韧又坚强,大部分是“充气”的(通心而充满空气),尤其是体形较大的鸟,它的喙、头骨、腿和其他骨骼合起来也只是几百克,有的才几克;它的胸肌就是飞行发动机,较大的胸肌把翼在空气阻力中拉下,使身体能升高向前,较小的胸肌从下面通过精巧的滑轮组腱,使翼扬起;它的羽『毛』极轻而特别有力,结成极细的网状,简直没有空气分子可以穿透,成了前进、升降等飞行的得力工具;它的翼形状也与飞行密切相关,像燕子、蜂鸟、鹰等飞得快又强壮的鸟,翼是窄长而端尖,像适应在海洋上空作长途滑翔和高飞的海鸥、信天翁等,翼也是窄长而尖,像麻雀、松鸡、鹌鹑等飞得轻巧而快捷的鸟,翼却是短而圆的……一切都是那么完美和谐,仿佛天造地设!
鸟啊,人类惊叹它的飞行本领!我们的祖先便仰望着天空中自由飞翔的鸟儿做起飞行的梦。人们也曾做过一些可以在空中短暂停留的东西,我国古代第一只“木鸟”,是著名学者墨子带着300个弟子,花费3年多时间观察和研究鸟类的飞行后才研制出来的,虽然在天上只飞行一天一夜。汉代科学家张衡,制作了安上羽『毛』的大鸟,还在木鸟肚子里安上机关,使这只鸟飞行几里路,这是在当时是了不起的成绩。不过,人们还不能自己去领略飞行的乐趣,无法像鸟那样扑动一对翅膀在蓝天中遨翔。
19世纪蒸汽机的发明,为飞机研制扫除了动力上的巨大障碍。1903年12月17日,美国自行车修理工莱特兄弟,经过对鸟类飞翔动物的长期观察和研究,制造了第一架动力飞机,取名“飞行者号”,在空中飞行40米,花了12秒,才宣告人类第一次载人飞行的成功。不过,飞起来了的飞机还是不能用于生产和生活,因为人们还无法控制它的升降和转向。可是鸟儿在空中能够自由飞行,为什么飞机不能呢?人们通过细致的观察鸟的飞行动作后发现:鸟在转向时,总是先把身体侧转,再借助升力转弯,否则就无法在较短的时间里转过较大的弯。于是,飞机设计专家在飞机的主机翼上装上一对活动方向相反的副翼:当一侧的副翼向上翻起时,另一侧总是向下翻起,空气对两侧机翼就会产生不同方向的力,使两侧的机翼一边向下一边向上,进入侧转状态,然后飞机就可以借助升力完成转向了。
随着飞机的应用日益广泛,不同用途的飞机通常需要不同的『性』能。民航客机、运输机、轰炸机需要很大的载重量,战斗机、侦察机需要很高的速度。科学家根据鸟的“赐教”,制造了各种各样不同『性』能的飞机:鹰,在飞行时把翅伸得又平又直,人们受此启发,给运输机等装上又宽又大的机翼,制成的运输机可载重近百吨;雨燕,在高速飞行时将双翼向后掠开,以减少阻力的做法,人们便将战斗机的机翼做成后掠式,这样的战斗机速度可以达到音速的两倍或三倍……
鹞是一种猛禽,形状像鹰,但比鹰小,在空中交替飞行,它时而悬停在高空,时而翻着筋斗,时而腾空飞窜,时而又俯冲而下,惊险而又灵活的飞行技巧,给人带来了许多启发。英国人模仿鹞,设计出了一种“鹞式战斗机”。这种飞机可以垂直起降,还能像“鹞”那样在空中低速飞行,就地转弯,倒退。甚至停在空中,这些“绝技”飞行是一般战斗机所无法进行的,而这种鹞式飞机精巧灵便,是人类研究和模仿鸟类制造出的最新成果。
信天翁是一种海鸟,飞行不像其他的鸟,要不停地扇动翅膀,忙得很。它依靠一对天生的宽大翅膀滑翔。科学家受此启发,研究制造了滑翔机。这种机器只要给它少许动力,让它舒展双翼,就能够在空中飘飞,可以用来载人或载物,实施海上救护等。
……
现代航空技术已飞速发展,先进的飞机时速可达3700千米,但飞机的飞行本领有许多方面仍不及飞鸟。有一种“军舰鸟”,它的翅膀骨骼仅有100克重,而两翅展开却有2米多长,因此,它飞行时消耗的能量和动力非常少。比“军舰鸟”更节省“燃料”的是一种叫作金『色』鹬的小鸟,它从加拿大越海连续飞到南美洲,行程3900千米,而体重只减轻60克。现代航空技术若能赶上这种效率,那么一架轻型飞机飞行30千米,只需耗用0。5升汽油,仅相当于目前用量的1/9。看来,我们需要从鸟身上学习的东西还有很多。伴随着仿生学的发展,未来新型飞机的设计将会增添奇光异彩。我们相信,蓝天中“银光闪闪的大铁鸟”家族也一定会越来越兴旺。
【小档案】
鸟的飞行也不是没有缺点的,甚至会犯错误。主要有这几种情况:一是飞行中常常出差错。每年都会有鸟与飞机或其他飞行器相撞的悲剧发生,说明它们在飞行中“刹车”的本领仍不过硬。还有的鸟会不慎落到池塘里,或者撞到树上。根据慢动作的影片映出的一群鸟类着陆情景,我们会发现,它们要靠摆动尾巴或像小孩坐滑雪小橇似的拖着一脚,作出最后的纠正。二是起飞的方式也不是每种鸟都相同,都轻松自如的。身体重的鸟需要很大的能量,像天鹅起飞时既要有一条跑道,同时又要用力扑打双翼,才能达到足够的速度离开地面。而且所有的大鸟都要迎着起飞,道理和飞机一样,增加和空气的相对速度,否则无法扶摇直上来完成飞天之旅。当然,从整体上讲,鸟类在飞行上的本领仍是大自然中最杰出的,鸟本来就应该属于蓝天。
第十五章 打开心灵的窗户——昆虫与照相仪器()
小问号
红的花、绿的草、蓝的天……五彩缤纷的大自然美景,让我们的眼睛『迷』恋,心灵沉醉。眼睛是“心灵的窗户”,人的喜怒哀乐透过眼睛这扇“窗户”能看得真真切切。昆虫的眼睛与人类的眼睛不同,许多昆虫都长着复眼,虽然我们无法了解它们的喜怒哀乐,但是揭开那无数颗小眼睛里隐藏的秘密,为人类研制高级照相仪器带来了许多好消息……
昆虫的眼睛结构应该说是大同小异,它们复眼的数量及形状却是千变万化。蜻蜓的头上长着一对很发达的眼睛,里面有许许多多六角形的小眼睛。这些眼睛,少的有1万多只以上,最多的达28000只。地下蚁的复眼比较少,只有6个。在显微镜下,复眼仿佛是许多六角形的美丽图案,既十分紧密地组合在一起,又非常有分寸地隔开。每个小眼都是1个传光系统和敏感的视觉细胞。每个小眼都针对不同的方向,反映的都是形象中的一个片段。所以在夏天,我们从蜻蜓的背后,蹑手蹑脚的去捕捉它,往往是无功而返,望“飞”兴叹!
提起苍蝇,我们往往会感到作呕。可是,这种喜欢追逐臭味的昆虫也不是一无是处,那对奇特的复眼就是由4000多个小眼构成的。它的眼睛几乎占据头的大半,虽然眼睛不能转动,可是这没关系,它的脖颈能自由转动,所以瞻前顾后,环视左右不但毫无问题,而且比人类观察四周情况还方面得多、准确得多。它利用这些小眼能把看到的物体形象迅速汇集起来,形成一幅完整的画面,并准确地判断物体与自己的距离、方位等。
科学家通过对蝇眼的研究,设计制造出“蝇眼”照相机。它的镜头是由1329块极其微小的透镜粘合而成的,一次能拍摄到1329张照片,分辨率高达4000长/厘米。通过这种照相机可以大量复制电子计算机精细的显微电路,帮助技术人员查找电路问题,还可以用来进行邮票印刷的制版工作。如果一块版上印几十枚邮票,那么一次拍照就足以制成一块版,而不需要像普通照相机那样,一张张地拍摄几十次呢!人类模仿蝇眼制造了“蝇眼透镜”,可以用来大量复制电子计算机的集成电路,大大加快了军用文书的复制和军用电子设备的生产速度。
蝇眼,帮助人类更新了立体电视的显示系统。立体电视制造初期,它的显示系统往往是用大量的圆柱形透镜,并排垂直于电视屏。可是,这种显示系统有明显缺陷,只要观众站在旁边观看,图像就不是立体的了。后来,电视制造专家借助仿生学家的研究成果,制造出一种很像蝇眼的复合透镜阵列,用三组这样的透镜安装在发『射』端,在接收端也有这一样一组透镜,所以不论从哪个角度来看电视,都是生动『逼』真的立体图像了。
科学家还发现,在夏日里喜欢打着“灯笼”漫步的萤火虫,也长着4000多只复眼。于是,人们仿照萤火虫的小眼排列方式制造了复眼透镜。这是一种新型的光学系统,可以应用于记录立体信息、激光制导等技术系统中。
打开“心灵的窗户”,研究昆虫复眼精巧的构造和特异功能,不断改进照相仪器,离不开昆虫复眼给我们的许多宝贵启示。现在,人类模仿昆虫复眼光学系统的结构研制的先进照相仪器,已广泛地运用于工业、卫生、航天、军事等领域。
【小档案】
第一架照相机诞生于18世纪中期。16世纪初,意大利画家根据“小孔成像”的原理,发明了一种“摄影暗箱”。著名画家达·芬奇曾在他的笔记里作过描述:当光线通过一座暗室壁上的小孔的时候,在对面的墙上就形成了一个倒立的像……接着,又有人对“摄影暗箱”进行了改进,为它增加了一块凹透镜,使倒立的像一下子变成正立的像,看上去舒服多了;后来,有人在墙上放上一块45度角的平面镜,使画面更清晰『逼』真……但是,这只是像的投影而不是照片。18世纪中期,一位名叫达孟尔的人发明了新型感光材料碘化银,用它作底片装在“摄影暗箱”上,终于在这种特殊的纸上显出像来。至此,世界上第一架照相机诞生了。1858年,英国的斯开夫发明了一种手枪式胶板照相机。1946年,兰德和宝利发明了“一次成像”照相机。
第十六章 如果切掉了平衡棒——昆虫与新型陀螺仪()
小问号
在弱肉强食、各显神通的大千世界,弱小的昆虫可谓微不足道。可是,生活在地球上的100多万种昆虫,在长期的生存竞争中,不断进化、优化,炼就形形**的“拿手绝技”:有的昆虫可以用改变飞行的姿态或位置来调节体温,有的昆虫用与周边环境相似的拟态来躲避天敌的追杀……其中,双翅目昆虫的楫翅(平衡棒),成为许多昆虫的天然导航仪,也为人类研制新型陀螺仪带来了重要启示!
日常生活中,我们往往把没有目的地东碰西撞的行动说成“像无头苍蝇一样”。其实,如果把任何双翅目昆虫的楫翅(平衡棒)切掉,它们的飞行就会像没有头的苍蝇一样,东倒西歪,失去了方向感。楫翅是昆虫后翅的一个微小器官,形状像哑铃,是调节昆虫翅膀向后返回运动,并保持虫体的紧张『性』,使昆虫能一举飞离开去,而最重要的功能是能够使昆虫在飞行中保持航向不偏离既定的目标。因此,生物学家称它是昆虫的“天然导航仪”。
生物学研究发现,双翅目昆虫在飞行时,它们的楫翅以每秒330次的频率振动着。当虫体倾斜、俯仰或偏离航向时,楫翅振动平面即刻发生变化,这个变化被其基部的感受器所感受,并把偏离的信号发送到昆虫的脑子里。昆虫的大脑收集这些信号后立即发出相关指令给有关的肌肉组织,就会把偏离的航向纠正过来(蛾子、蝴蝶、甲虫等没有楫翅,但是它们触角能在水平面上振动,发挥着楫翅一样的功能)。以苍蝇为例,它有高超的飞行技巧。譬如说,大鸟起飞要助跑,小鸟和大多数的昆虫起飞要弹跳,而苍蝇却什么都不需要。它能做各种巧妙的飞行,如:向上飞升,垂直下降,定悬空中,突然侧飞和回头飞行等。总之,它随时可以向任何方向飞行。那么,苍蝇是靠什么来迅速起飞和保持平衡的呢?依靠的就是苍蝇的楫翅,能保证苍蝇在飞行时迅速转动,随时保持平衡。
我们知道,陀螺在转动时,它的轴总是朝着一个方向不变的。利用这个原理制造的陀螺仪是飞机、轮船、火箭惯『性』导航系统的重要感受器。可是,这种陀螺仪都有高速旋转的转子,不易小型化,要制造高精密度的、小型化陀螺仪,需要寻找新的途径。科学家正是根据双翅目昆虫的楫翅的导航原理,研制成功了一种音叉式振动的陀螺仪,成为新型的导航仪器安装在高速飞行的火箭和飞机上。它的体积很小,主要部件像只音叉,是通过一个中柱固定在基座上的。装在音叉两臂四周的电磁铁,使音叉产生固定振幅和频率的振动,就好像苍蝇楫翅的振动那样。有了这种仪器,飞机和火箭就能够自动纠正偏转的航向,有力地保证火箭和飞机飞行的稳定『性』。装有这种仪器的飞机,能自动停止危险的“翻滚”飞行,即使机身在强烈倾斜时,也能够自动平衡,使飞机的稳定度非常完善,以至在复杂的急转弯时,飞机也能万无一失。
【小档案】
导航有两种意思,一是在水面或陆上设置航标、灯塔等导航设备,引导船只沿着安全、便捷的航线航行,二是利用地面导航设备,保障飞机准确航行。地面导航设备有无线电设备(定向定位设备、着陆设备)和目视导航设备(各种发光、发烟、布板信号等)两种。
第十七章 眼睛的特异功能——昆虫与偏振光导航()
小问号
飞机诞生不久就能依靠磁罗盘来导航了。可是,有一次一架小型飞机进入北极圈上空后,驾驶员发现磁罗盘失灵了。惊恐万分之下,飞机只好迫降在茫茫的冰原之上。原来,地磁场的两极就在地球的两极附近,飞机只要进入两极地区,磁罗盘的指针就会被磁极牢牢地吸引向下,失去了往日精确指示方向的作用。那么,在高纬度的两极区域怎样才能找到正确的方向呢?
飞机在高纬度『迷』失方向的问题曾经长期困扰着科学家。后来,仿生学家在长期的研究中发现,昆虫的眼睛里有我们人类看不见的“秘密”。原来,自然界中有许多昆虫,如:蚂蚁、蜜蜂、甲虫、水蚤等能看到太阳的偏振光,并利用它来导航。
所谓太阳偏振光,是指在某个方向上振动,或某个方向的振动占有优势的光。天空中任何一点偏振光的偏振方向,都同太阳、观察者和那一点组成的平面相垂直。可惜,人类的眼睛不仅看不到偏振光,而且根本觉察不到偏振光。
不过,许多昆虫的眼睛有这种“特异功能”。蜜蜂的眼睛里就长着“天然的偏振光罗盘”。蜜蜂有5只眼:长在头甲上的3只眼,叫单眼。单眼能感受光线的强或弱,是照明强度的感受器。蜜蜂早晨什么时间飞出去,晚上什么时间归巢,是由单眼决定的。而长在头两侧的两只大眼,叫复眼,每只复眼由6300只小眼组成。复眼中的每个小眼是由8个作辐『射』状排列的感光细胞组成的。蜜蜂就是利用这些小眼感受太阳偏振光的,由此来确定太阳方位。所以,蜜蜂即使在阴云密布的日子,也能“看”到偏振光,并准确无误地飞行在蜂巢和采蜜地点之间。
生活在沙漠的蚂蚁也是利用偏振光定向的能手。为了寻找食物,沙漠蚂蚁在没有任何标志物的沙漠上奔波忙碌,即使云缠雾绕的日子,也能找到回家的路,这种奇特的本领让人类羡慕不已,而依靠的就是偏振光导航——能准确地判定出太阳的位置。
科学家从蜜蜂、蚂蚁等昆虫的偏光定向技术中得到启发,设计了用于航海和航空的偏振光罗盘。依靠这种新型罗盘的导航,在南极或北极附近的高纬度区域,轮船和飞机照“航”不误。即使是在乌云蔽日或太阳处于地平线以下之时,也不至于『迷』失方向,再也不用担心磁罗盘失灵了。
【小档案】
早在2000多年前的战国时期,中国人就发现了磁石能指示南北的特『性』,并根据这种特『性』制成了指示方向的仪器——司南。到了宋代,人们已经了解地磁场的原理,并利用磁力作用把铁片进行人工磁化,或将磁石磨成针锋状,做成磁针,因受地磁场的作用,针的一头大体上指向南方,利用这一『性』能,可以辨别方向,常用于航海、旅行和行军中。后来,宋朝人又把经过人工磁化的指南针和方位盘结合起来,制成了“罗盘”。宋朝时,对外贸易往来已经非常频繁,很多阿拉伯商人和水手来到中国的广州、泉州等地,他们从中国商船获得了有关指南针和罗盘的知识,并随中国的船舶南行到印度半岛,亲眼目睹了中国水手使用指南针和罗盘的实情。到了13世纪,指南针(包括罗盘)由阿拉伯人作为中介,传到了欧洲及世界各地,成为中国人民对世界文明的一大贡献。
第十八章 触角+口须=鼻子——昆虫与气味灭虫法()
小问号
人的嗅觉器官是鼻子,长在脸部,不论什么人种,我们一眼就可以看出。可是,昆虫不一样,它的嗅觉器官是:触角+口须=鼻子。而且,各种昆虫的触角是不一样的:有的是细长的,像一对鞭子;有的生着许多分枝,像2把刷子;有的非常短,下面是1个柄,上面膨大,2只触角像2把短锤。在昆虫的口部下面,还有2对短小的口须。这触角和口须的模样和高等动物的鼻子完全不同,它们却能够和鼻子一样,起着闻气味的作用。因为触角和口须的表面,有许多微小的孔洞,有些孔洞里藏着能够感受气味的细胞。当昆虫遇到带着气味的空气时,靠着这种特殊的构造,就能使它们辨别气味。那么,气味灭虫法是怎么一回事?与昆虫的鼻子有什么关系?
气味与我们的生活密切相关。好闻的气味,给我们以美的享受,甚至能提高工作效率;芬芳四溢的花香,还可以防病治病,祛病延年;臭味、腥味等异味,令人作呕……当然,我们人类肯定喜欢闻花香味。有趣的是,不仅人类爱闻花香,许多昆虫也特别爱闻花香,像蜜蜂、蝴蝶就是其中的典型代表。
可是,蜜蜂和蝴蝶的鼻子长在哪儿呢?它们是怎么
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