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这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

2019-07-30 编辑:鹏程 文章出处:CASUAL可追
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摘要:

搭建一个蚊子笼,从十米高空泼水,用高速摄影机拍摄。居然所有蚊子都扑腾开了……

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

你们那儿雨下多大了?我们这儿的雨刷器已经形同虚设了……

周一清晨,还只是下小雨的帝都。出门换鞋时叫车,滴滴告诉我要等60分钟。好不容易从“十里红线”挣扎到公司,下车点到写字楼门口这几十米的路,甩我一裤腿儿泥。

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

到了公司,掀开裤腿儿,又被蚊子咬了两口。

雨季来临,所有的不便相加,都没有“天敌”将要迅速繁殖带给我的心理压力大。

就问你们是不是蚊子!?想不想弄死所有的蚊子!?

来!给我五!

扰你清梦的“嘶吼”,刺破肌肤致你狂痒心悸,在每个夏季向“食物链顶端”的人类挑衅骚扰的所谓的“小动物”。

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

对蚊子的恨意是古今中外所有人类的愁。唐代诗人刘禹锡:“露华滴沥月上天,利嘴迎人着不得”;

大先生鲁迅:“当未叮之前,还要哼哼地发一篇大议论”;

极富思辨性的经典电影《巴顿·芬克》多次出现蚊子这个意象,来表达烦躁、干扰、不确定性和难以捕捉的多重寓意。

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

写字楼外的大雨浇不息心头的恨意,这点点如刀的雨,落在伞上都能制造出那么强烈的打击感,为什么没有砸死蚊子呢?按理来说不全消灭,起码能灭掉一半儿以上吧?

可事实却是相反,难道造物主教过它们练过什么功?

为了搞明白为啥下雨的时候不会满地蚊子尸体,美国乔治亚理工学院的机械工程师胡立德(David Hu)教授与美国疾病控制中心合作进行了一项研究,他们搭建了一个20厘米高的笼子,笼子顶部是细密的网,在里面放了6只“嗡嗡待浇”的蚊子,然后,从笼子上方10米的高度向笼子里泼水……

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为啥是10米呢,因为研究人员发现,10米高度向下泼水,水滴的冲击力最强。

经过这第一波水的洗礼,蚊子毫发无损。

研究人员不甘心,加大了难度,将笼子里蚊子的数量增加到20只,再次缓慢向笼内倒水,并用高速摄像机拍摄全过程。

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透过高速摄像机研究人员发现,有些蚊子能够成功躲过水滴或水柱的袭击,有些不慎“中招”的,会在瞬间掉落大概13个身长的高度,身体歪向一边或者翻滚几下,但是会快速调整好姿势逃离危险地带或者安全降落在笼子边。

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这个实验里,分3种蚊子,A类完美避开,B类被击中翅膀或者腿部,C类被正中身躯。咱们依次来分析:

咳咳,在正式开始分析之前,为了避免你们看晕,咱们先统一几组数据:

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

蚊子重量:2-10毫克

蚊子速度:1m/s

水滴重量:100毫克

水滴速度:9m/s

对于A类蚊子来说,是以速度取胜:

蚊子的反应速度是人类的100倍(没有说各位反应迟钝的意思),它们每秒钟振动翅膀800下,飞行速度是每小时2公里,大约是1米每秒,以他们的体积来说,基本上属于“瞬间移动”了,只要跑赢雨水,就能做到“万花丛中过,片叶不沾身”。

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不过,水滴的下降速度是约9米每秒,所以,要跑赢水滴还是有挑战性的。

跑不赢也没关系,不被击中还有一个要素——“致胜”体积:蚊子体积很小,只有,水滴的体积一般是0.05mL,这导致水滴大概率不会正中蚊子的中央部位,而是会砸在他们的翅膀或者大长腿上,也就是实验中的B类和C类蚊子。

那么,他们的翅膀大长腿又有何奥秘呢?

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蚊子的全身都长着一种疏水性细毛,能够让蚊子与自然界中各种形态的水快速分离,都见过荷叶上的水珠吧?大概就是那种效果滴。

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所以当水滴击中蚊子的翅膀或者大长腿,他们会倾斜身体扑腾几下,水滴就“哧溜”一下过去了,一切,都像没发生一样。

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什么?你问被击中的瞬间他们头晕不头晕?这就要说说蚊子骨骼“清奇”了:

蚊子自重很轻,只有2-10毫克,但是却可以承受自身体重300倍的重量冲击。最大的水滴重量约为100毫克,当被水滴击中后,蚊子会获得一个瞬时天降的重力加速度,数值在100-300之间,300个重力加速度是啥概念呢?就相当于一辆中型大巴车全速撞击到身上!可不可怕。

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先别慌!这里有两个不同的情况:

情况1,如果蚊子是静止在地面上,水滴从上方10米处降下,会给蚊子造成超出自身重量10000倍的压力,蚊子卒;

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情况2,蚊子飞翔在空中,水滴从上方10米处降下,蚊子随水滴下降5-20个身位形成缓冲,之后摆脱,这种情况下给蚊子造成自重50-300倍的压力,这种情况下,蚊子会怎样?

无聊(严谨)的科学家们用显微操作器撕碎了一只蚊子,弄清了蚊子到底可以承受多大的外力。研究结果表明,蚊子外骨骼的承受力是雨滴压力的5-20倍。

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来,数学题来了,蚊子自重取最大值10毫克,自重的300倍是3000,水滴的重量100毫克,水滴的压力乘以20倍是2000,所以……B类蚊子和C类蚊子幸存。

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300个重力加速度听起来吓人。可是别忘了,这300个重力加速度是在蚊子静止的状态下计算的,你是不是不把人家1米每秒的飞行速度放在眼里了?

人家蚊子自由飞翔的时候如果被雨滴击中,冲击力就减小到自重的50-300倍了,所以,即便被水滴砸中,也不至于是生命不可承受之重。

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造物主的“物种多样性战略”为人类提供了无数的范本,身怀“躲雨神功”的蚊子为科学家和工程师提供新的设计思想。以其外骨骼构造为蓝本,可以为诸多机械技术上的难题提供解决方案,比如,如何更好地设计微型飞行器,恶劣天气下的无人机稳定性提升等等等等。还有,蚊子腿上的疏水细毛也能为高分子材料学家和建筑结构专家提供灵感。

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巴塞罗那初创公司推出无人机"蚊子"

“为什么蚊子不会被雨砸死”并不是胡立德教授的唯一一项“接地气”的研究项目,2015年在哈佛大学举行的搞笑诺贝尔颁奖仪式上,他就曾经以“几乎所有哺乳动物的尿尿时间一样”的研究项目获得了物理学搞笑奖。

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该项目中,他的研究团队也是使用了高速摄影级拍摄包括老鼠、山羊、牛、大象、狗等哺乳动物的排尿过程,通过流体动力学建模发现,它们的排尿时间都在21秒左右,印证了课题。(你现在已经打算去自行试验一下了是吗?)

“蚊子和雨点”的课题则来源于他和三个月大的儿子坐在门口看下雨被蚊子叮到,当时他就开始思考,为什么蚊子可以从大雨中飞到人类身边。他认真地带着科研团队集体向动物系的导师学会了养蚊子,此后很久,从他的实验室偷跑出的蚊子引来了全楼师生的痛恨。

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胡立德教授

“每个研究家需要一个壁橱”是胡立德喜欢的谚语,意思是每个研究者要做的研究都应该是独一无二的。他曾经从女儿的长睫毛得到启发去研究哺乳动物睫毛长度与眼长的恒定比例,也曾经在带着妻子的前男友留下的一条贵宾狗散步的过程中,想到动物甩动皮毛的机理。这两项研究后来发表在了英国《皇家学会界面》杂志上。

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David Hu头戴马桶座,带走了他的团队的Ig诺贝尔物理学奖

“科学家也是人,也愿意看到好玩的东西,不过,一个领域再怎么好玩,如果你做不出新发现,你就没法立足。”诸多趣味十足的科学问题的研究者胡立德仍然保持着严谨的科学态度。

他的研究经费主要来自美国国家科学基金,还有一些来自美国军方,因为军方要支持一些对百年后产生影响的研究。在他一项著名的“蚂蚁是液体还是固体”的研究中,他发现巴西的火蚁会在洪水时紧密地交织在一起,形成木筏一样的弹性物体,它们也可以在移动过程中不停打破和形成连接,保持差不多相同的形状。军方将根据这项发现研究战争中的“可自行修复”物质。

这么大的雨,为什么蚊子没被砸死?

如何让动物运动极其功能为工程师带来灵感,设计出人造物体或系统,是生物学对未来的机器人给予的启发。

蚂蚁变成金毛犬那么大,会发生什么?蚊子变成人类那么大,又将如何施展它们身体上的特别功能,其实是特别值得想象的事情。

伞已经干了吗?还有潮湿的下班路等着你。

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