如果你也认真观察过蝴蝶 上海交通大学陈燕锋学号：5110309091 还记得拿着大网和蝴蝶追逐的日子吗？那翩翩的舞姿，是否总让你流连忘 返？如果你也认真观察过蝴蝶，那她一定也告诉了你不少秘密吧！ 娇小的身姿，轻盈的双翅，注定了蝴蝶不能像大型鸟类那样搏击长空。我们 知道，鸟类能够在空中自由飞翔，归根结底是因为鸟类的翅膀在相对气流的作用 下能产生升力，这一点一直被飞机所借鉴着。“这一点”指的其实是“伯努力原 理”，也就是，对于空气等流体，流速越大，流体产生的压力就越小。 鸟类翅膀与伯努力原理 鸟类的翅膀具有良好的空气动力学特性和流线形态。前部圆匀，上部凸起， 下部内凹，后面尖尾，。滑翔时，空气被翅膀分成上下两部分，因为翅膀的流线 形态，空气在上部的流速变大，压强变小，在下部的流速不变或变慢，压强不变 或变大。于是，翅膀上下翼面的压强差产生向上的升力，把鸟托住。 蝴蝶的翅膀乍一看就像一层纸，那她又是怎么飞起来的呢？首先，我们应该 认识到，上帝拒绝赋予她有力翅膀的同时，赠予了她轻盈的身体，这意味着她只 需要很少的升力就可以支撑自己的重力。而空气中有许多微小尺度的空气漩涡或 不稳定气流，聪明的蝴蝶就是借助这些气流飞起来的；或者说，自然界的很多昆 虫都是利用气流的能手。 昆虫拍打翅膀，也会形成微小的空气漩涡，就像是微型龙卷风，里面的空气 压力低于外面的，翅膀下面的高压空气便推动着昆虫向上飞行。此外，昆虫的翅 膀还可以向后拍打，甚至有些昆虫在拍打时能使翅膀弯曲。这种拍打和弯曲能产 生额外的举升力。为了停在空中，昆虫得继续拍打翅膀，同时不时改变其翅膀和 身体方向来抵消各种向下的力量。谈到这种举升力的产生，和旋转的棒球其实是 同一个道理。棒球在前进的同时逆时针旋转的话，停留在空中的时间比没有旋转 的要长。因为流速大的空气压强小，棒球上方的压力低，下方的压力高，这个压 强差导致棒球向上走，于是延长了棒球落地的时间。 除了利用已有的空气漩涡，蝴蝶的拍动飞行主要利用“阻力原理”，即翅膀 受到的阻力提供了平衡身体重量的举力和克服身体阻力的推力。蝴蝶翅膀在下拍
如果你也认真观察过蝴蝶 上海交通大学 陈燕锋 学号：5110309091 还记得拿着大网和蝴蝶追逐的日子吗？那翩翩的舞姿，是否总让你流连忘 返？如果你也认真观察过蝴蝶，那她一定也告诉了你不少秘密吧！ 娇小的身姿，轻盈的双翅，注定了蝴蝶不能像大型鸟类那样搏击长空。我们 知道，鸟类能够在空中自由飞翔，归根结底是因为鸟类的翅膀在相对气流的作用 下能产生升力，这一点一直被飞机所借鉴着。“这一点”指的其实是“伯努力原 理”，也就是，对于空气等流体，流速越大，流体产生的压力就越小。 鸟类翅膀与伯努力原理 鸟类的翅膀具有良好的空气动力学特性和流线形态。前部圆匀，上部凸起， 下部内凹，后面尖尾，。滑翔时，空气被翅膀分成上下两部分，因为翅膀的流线 形态，空气在上部的流速变大，压强变小，在下部的流速不变或变慢，压强不变 或变大。于是，翅膀上下翼面的压强差产生向上的升力，把鸟托住。 蝴蝶的翅膀乍一看就像一层纸，那她又是怎么飞起来的呢？首先，我们应该 认识到，上帝拒绝赋予她有力翅膀的同时，赠予了她轻盈的身体，这意味着她只 需要很少的升力就可以支撑自己的重力。而空气中有许多微小尺度的空气漩涡或 不稳定气流，聪明的蝴蝶就是借助这些气流飞起来的；或者说，自然界的很多昆 虫都是利用气流的能手。 昆虫拍打翅膀，也会形成微小的空气漩涡，就像是微型龙卷风，里面的空气 压力低于外面的，翅膀下面的高压空气便推动着昆虫向上飞行。此外，昆虫的翅 膀还可以向后拍打，甚至有些昆虫在拍打时能使翅膀弯曲。这种拍打和弯曲能产 生额外的举升力。为了停在空中，昆虫得继续拍打翅膀，同时不时改变其翅膀和 身体方向来抵消各种向下的力量。谈到这种举升力的产生，和旋转的棒球其实是 同一个道理。棒球在前进的同时逆时针旋转的话，停留在空中的时间比没有旋转 的要长。因为流速大的空气压强小，棒球上方的压力低，下方的压力高，这个压 强差导致棒球向上走，于是延长了棒球落地的时间。 除了利用已有的空气漩涡，蝴蝶的拍动飞行主要利用“阻力原理”，即翅膀 受到的阻力提供了平衡身体重量的举力和克服身体阻力的推力。蝴蝶翅膀在下拍
时，因为力的作用是相互的，空气对翅膀会有一个逆着拍动方向的阻力。上拍时， 翅也受到阻力，但和下拍时相比小得多，因此平衡身体阻力的推力主要由翅膀上 拍中产生的阻力提供。 相信对认真观察的你，这些并不是什么秘密了。但是，你是否知道，有些蝴 蝶身上可是携带着喷气机的哦！前苏联科学家曾经使用高速摄影机摄下了墨星黄 粉蝶飞行的情况。他们惊奇地发现，这种粉蝶在飞行中竞然有三分之一的时间翅 膀是贴合在一起的。他们巧妙地利用自己翅膀的张合，使前面一对翅膀形成一个 空气收集器，后面一对翅膀形成一个漏斗状的喷气通道。两翅间的空气由于翅膀 连续不断的扇动而被从前向后挤压出去，形成一股喷气气流。这仿佛是蝴蝶用自 己的翅膀搭了一架喷气机。一部分喷气气流的能量用以维持飞行的高度，另一部 分喷气气流所产生的水平推力则用来加速。有的蝴蝶能成群结队漂洋过海，这种 喷气机可是占了很大功劳的！ 正所谓，不要光埋头拉车，还要抬头看路：光有喷气机还不够，还要有导航 仪。观察过蝴蝶的触角吗？没错，那就是她们的导航仪！她们的触角能在水平面 上振动，从而保持正确的飞行方向。当蝴蝶的身躯发生倾斜、俯仰或者偏离航向 的时候，触角的振动平面会发生变化，触角基部的感受器很快就能感受到这种变 化，传递相应的信号。蝴蝶小小的大脑分析完这种信号后，便向胸部等部位的肌 肉组织发出“命令”，把偏离的方向纠正过来。 说到航向，科学家研究了北美的一种蝴蝶，这种蝴蝶每年从加拿大飞行3500 公里到墨西哥过冬。漫长的旅途中，要如何保证自己朝向西南方向前进呢？昆虫 学家贝克专门研究昆虫的导航问题。他发现远距离迁飞的蝴蝶能根据太阳方位角 的变化来调整航向。她们的飞行方向并不总是和太阳方位角保持恒定，而是随着 太阳方位角的变化而变化，这种变化是通过其体内的生物钟来调节的。例如说， 上午9点至10点，她是向着太阳飞行，到了下午四五点，她就调整到背着太阳 飞行了，但始终保持飞行路径接近一条直线，这样，她就能用最短的航程到达目 的地。 为了验证这一发现，科学家将这种蝴蝶放在特制的飞行箱中，对她进行模拟 飞行。通过控制蝴蝶的生物钟，科学家发现，她们的水平飞行方向会发生改变。 如果蝴蝶的生物钟和当地时间一致，她就会朝西南方向飞；如果把蝴蝶的生物钟 延迟6小时，他会朝西北方向飞：如果是提前6小时，她会朝东南方向飞。这点 和贝克的发现是一致的，也就是说，太阳也是蝴蝶的天然导航仪。 曾经我们眼里看似弱不禁风、只会舞风弄影的蝴蝶，原来是那样一个御风能 手，仁慈的大自然给了她轻盈的身体，给了她喷气机，给了她导航仪。 还有什么？还有多少秘密是蝴蝶没有告诉过你的一一比如，神舟八号飞船都 找蝴蝶仙子借过衣服穿呢！想知道更多的话，自己去问问蝴蝶吧！ 参考数据：《青年科学》文章《蝴蝶迁飞三大谜》 《破解蜜蜂飞行奥秘》 图片来源：《生命世界》文章《像鸟儿一样飞行》
时，因为力的作用是相互的，空气对翅膀会有一个逆着拍动方向的阻力。上拍时， 翅也受到阻力，但和下拍时相比小得多，因此平衡身体阻力的推力主要由翅膀上 拍中产生的阻力提供。 相信对认真观察的你，这些并不是什么秘密了。但是，你是否知道，有些蝴 蝶身上可是携带着喷气机的哦！前苏联科学家曾经使用高速摄影机摄下了墨星黄 粉蝶飞行的情况。他们惊奇地发现，这种粉蝶在飞行中竟然有三分之一的时间翅 膀是贴合在一起的。他们巧妙地利用自己翅膀的张合，使前面一对翅膀形成一个 空气收集器，后面一对翅膀形成一个漏斗状的喷气通道。两翅间的空气由于翅膀 连续不断的扇动而被从前向后挤压出去，形成一股喷气气流。这仿佛是蝴蝶用自 己的翅膀搭了一架喷气机。一部分喷气气流的能量用以维持飞行的高度，另一部 分喷气气流所产生的水平推力则用来加速。有的蝴蝶能成群结队漂洋过海，这种 喷气机可是占了很大功劳的！ 正所谓，不要光埋头拉车，还要抬头看路；光有喷气机还不够，还要有导航 仪。观察过蝴蝶的触角吗？没错，那就是她们的导航仪！她们的触角能在水平面 上振动，从而保持正确的飞行方向。当蝴蝶的身躯发生倾斜、俯仰或者偏离航向 的时候，触角的振动平面会发生变化，触角基部的感受器很快就能感受到这种变 化，传递相应的信号。蝴蝶小小的大脑分析完这种信号后，便向胸部等部位的肌 肉组织发出“命令”，把偏离的方向纠正过来。 说到航向，科学家研究了北美的一种蝴蝶，这种蝴蝶每年从加拿大飞行 3500 公里到墨西哥过冬。漫长的旅途中，要如何保证自己朝向西南方向前进呢？昆虫 学家贝克专门研究昆虫的导航问题。他发现远距离迁飞的蝴蝶能根据太阳方位角 的变化来调整航向。她们的飞行方向并不总是和太阳方位角保持恒定，而是随着 太阳方位角的变化而变化，这种变化是通过其体内的生物钟来调节的。例如说， 上午 9 点至 10 点，她是向着太阳飞行，到了下午四五点，她就调整到背着太阳 飞行了，但始终保持飞行路径接近一条直线，这样，她就能用最短的航程到达目 的地。 为了验证这一发现，科学家将这种蝴蝶放在特制的飞行箱中，对她进行模拟 飞行。通过控制蝴蝶的生物钟，科学家发现，她们的水平飞行方向会发生改变。 如果蝴蝶的生物钟和当地时间一致，她就会朝西南方向飞；如果把蝴蝶的生物钟 延迟 6 小时，他会朝西北方向飞；如果是提前 6 小时，她会朝东南方向飞。这点 和贝克的发现是一致的，也就是说，太阳也是蝴蝶的天然导航仪。 曾经我们眼里看似弱不禁风、只会舞风弄影的蝴蝶，原来是那样一个御风能 手，仁慈的大自然给了她轻盈的身体，给了她喷气机，给了她导航仪。 还有什么？还有多少秘密是蝴蝶没有告诉过你的——比如，神舟八号飞船都 找蝴蝶仙子借过衣服穿呢！想知道更多的话，自己去问问蝴蝶吧！ 参考数据：《青年科学》文章《蝴蝶迁飞三大谜》 《破解蜜蜂飞行奥秘》 图片来源：《生命世界》文章《像鸟儿一样飞行》