鳥的飛翔之謎 柳曉東 5111209047 自古以來，對於陸生動物，往往都會羡慕於會飛的鳥類。原因很簡單，他們 中的大多數可以跨越海、陸、空三個環境中的兩個，這意味著他們生活的空間被 大大的拓寬了。舉個簡單的例子：在小行星撞擊地球後，撞擊產生的灰塵煙霧籠 罩整個地球長達數月，沒有一個體型大於25公分的陸生動物在這次浩劫中得以 生存，因為過大的體型需要很多食物來維持，在一個相對較小的空間內，食物極 為有限，而鳥類卻可以從容的游走於各個島嶼之間撲食，因此現代的大多數的鳥 類都可以找到恐龍時期的原型。 人類，作為陸生動物的一種，也渴望掌握飛的技術。每個人的孩提時代中， 都或多或少會對飛產生過興趣，都或多或少的幻想過自己飛起來以後的場景，那 麼，現在我就用通俗易懂的原理來分析一下，鳥類究竞是如何做到飛翔于長空的 呢？ 1.翅膀 鳥類的飛行可以籠統的分成以下兩種情沉：上升和下降。我們會看到：鳥類 在飛行的時候會上下擺動，這就告訴我們一個分析的方法：受力分析。 F上 F下 G 周1 圖1是在鳥類在向前飛，忽略摩擦力情况下，翅膀的受力分析。F上是烏在 向下擺動翅膀時空氣給它的反作用力，方向垂直翅膀向上，F下是烏在還原翅膀 到初始状態時受到空氣的反作用力，由於烏的翅膀上有羽毛，可以在鳥向下揮動 翅膀時舒展羽毛，在向下揮動翅膀時收縮羽毛，所以F上大於F下，合力向左上 方，其分量有水準向上和向下的兩個角度
鳥的飛翔之謎 柳曉東 5111209047 自古以來，對於陸生動物，往往都會羡慕於會飛的鳥類。原因很簡單，他們 中的大多數可以跨越海、陸、空三個環境中的兩個，這意味著他們生活的空間被 大大的拓寬了。舉個簡單的例子：在小行星撞擊地球後，撞擊產生的灰塵煙霧籠 罩整個地球長達數月，沒有一個體型大於 25 公分的陸生動物在這次浩劫中得以 生存，因為過大的體型需要很多食物來維持，在一個相對較小的空間內，食物極 為有限，而鳥類卻可以從容的游走於各個島嶼之間撲食，因此現代的大多數的鳥 類都可以找到恐龍時期的原型。 人類，作為陸生動物的一種，也渴望掌握飛的技術。每個人的孩提時代中， 都或多或少會對飛產生過興趣，都或多或少的幻想過自己飛起來以後的場景，那 麼，現在我就用通俗易懂的原理來分析一下，鳥類究竟是如何做到飛翔于長空的 呢？ 1.翅膀 鳥類的飛行可以籠統的分成以下兩種情況：上升和下降。我們會看到：鳥類 在飛行的時候會上下擺動，這就告訴我們一個分析的方法：受力分析。 圖 1 圖 1 是在鳥類在向前飛，忽略摩擦力情況下，翅膀的受力分析。F 上是鳥在 向下擺動翅膀時空氣給它的反作用力，方向垂直翅膀向上，F 下是鳥在還原翅膀 到初始狀態時受到空氣的反作用力，由於鳥的翅膀上有羽毛，可以在鳥向下揮動 翅膀時舒展羽毛，在向下揮動翅膀時收縮羽毛，所以 F 上大於 F 下，合力向左上 方，其分量有水準向上和向下的兩個角度
F上 F下 G 圖2 從圖2中，我們可以看出，如果℉1與重力相互平衡，那麼烏就是在向前做 加速運動，如果F1小於重力，鳥向左下方運動，反之，向右上方運動。我們在 此的分析忽略摩擦力，這是因為在烏保持這種運動前，我們無法得知其具體的運 動軌跡，而摩擦力方向與運動方向相反，因此為了平衡掉摩擦力，可以適當的改 變G與F下之間的夾角，並改變F的大小，但是不影響總體的受力情況。 於是，人們為了飛，開始模仿鳥的翅膀，有的人製作了很大的翅膀。但是， 鳥的骨骼是空心的，這就意味著他們有著更低的重量，人類擺動的速度又無法達 到鳥類，因此，光有東施效顰是無濟於事的。 同理，當鳥類需要减速時，就會是相反的情況，但是其本質是相同的。（圖 3) G 圖3 所以，鳥在起飛與降落時的翅膀擺動是不同的，他們會通過調節擺動翅膀的 頻率來產生不同的上下壓力差，在調整a角度，從而達到上下左右自如應對的。 2.骨骼 對於陸生動物，他們大多數蜂窩状的骨骼，所以比較重，不過這不會對他們 造成太大的影響。而對於鳥類，他們的飛行要求他們的骨骼具有長而中空的特性。 內部則以很輕的組織來強化（見圖4），這就使得鳥類可以减低他們的體重，從 而翱翔于藍天。鴿子的骨骼約占體重的5%，這從我們平時吃鴿子的時候就可以 發現，人類要想飛行，對於60公斤的人來說，就需要維持骨骼重量在3公斤左 右，可是人類的骨骼實際上大約占到了近10公斤，可見人類要想單單靠自己装 上翅膀來飛，難度不小
圖 2 從圖 2 中，我們可以看出，如果 F1 與重力相互平衡，那麼鳥就是在向前做 加速運動，如果 F1 小於重力，鳥向左下方運動，反之，向右上方運動。我們在 此的分析忽略摩擦力，這是因為在鳥保持這種運動前，我們無法得知其具體的運 動軌跡，而摩擦力方向與運動方向相反，因此為了平衡掉摩擦力，可以適當的改 變 G 與 F 下之間的夾角，並改變 F 的大小，但是不影響總體的受力情況。 於是，人們為了飛，開始模仿鳥的翅膀，有的人製作了很大的翅膀。但是， 鳥的骨骼是空心的，這就意味著他們有著更低的重量，人類擺動的速度又無法達 到鳥類，因此，光有東施效顰是無濟於事的。 同理，當鳥類需要減速時，就會是相反的情況，但是其本質是相同的。（圖 3） 圖 3 所以，鳥在起飛與降落時的翅膀擺動是不同的，他們會通過調節擺動翅膀的 頻率來產生不同的上下壓力差，在調整 a 角度，從而達到上下左右自如應對的。 2.骨骼 對於陸生動物，他們大多數蜂窩狀的骨骼，所以比較重，不過這不會對他們 造成太大的影響。而對於鳥類，他們的飛行要求他們的骨骼具有長而中空的特性。 內部則以很輕的組織來強化（見圖 4），這就使得鳥類可以減低他們的體重，從 而翱翔于藍天。鴿子的骨骼約占體重的 5%，這從我們平時吃鴿子的時候就可以 發現，人類要想飛行，對於 60 公斤的人來說，就需要維持骨骼重量在 3 公斤左 右，可是人類的骨骼實際上大約占到了近 10 公斤，可見人類要想單單靠自己裝 上翅膀來飛，難度不小
骨骼的表面 税臂 强化的骨柱 轻盈的 蜂窝状内部 3羽毛 正如上文提到的，鳥之所以可以飛翔，還要得益於其獨特的羽毛。烏類主要 分佈著四種羽毛，小覆羽（圖5），大覆羽（圖6），三級飛羽（圖7），小翼羽（圖 8)。其中小覆羽是翅膀迎風時的翼前沿，大覆羽在鳥類飛行的時候，可以產生向 上的升力，三級飛羽是維持飛行穩定度的羽毛，小翼羽是在慢速飛行時展開的避 免失速的羽毛。 圖5 圖6 圖7 圖8 總結： 鳥類和人類一樣，人十分的精密，構成了複雜的身體結構，同樣的，鳥類之
3.羽毛 正如上文提到的，鳥之所以可以飛翔，還要得益於其獨特的羽毛。鳥類主要 分佈著四種羽毛，小覆羽（圖 5），大覆羽（圖 6），三級飛羽（圖 7），小翼羽（圖 8）。其中小覆羽是翅膀迎風時的翼前沿，大覆羽在鳥類飛行的時候，可以產生向 上的升力，三級飛羽是維持飛行穩定度的羽毛，小翼羽是在慢速飛行時展開的避 免失速的羽毛。 圖 5 圖 6 圖 7 圖 8 總結： 鳥類和人類一樣，人十分的精密，構成了複雜的身體結構，同樣的，鳥類之
所以可以翱翔與藍天，也因為他們由複雜和精密的身體結構組成，翅膀的運動學 構造，多層的羽毛，靈巧的骨骼，這些都是他們成為空中霸主的重要武器，人類 翱翔于藍天，完全可以效仿鳥類，完成人類千年的萝想。 參考文獻： 1.http://blog.sina.com.cn/s/blog 4aad97ce0100kr91.html 2.部分實物圖來自：《目擊者叢書-自然博物館-鳥》（三聯書店）
所以可以翱翔與藍天，也因為他們由複雜和精密的身體結構組成，翅膀的運動學 構造，多層的羽毛，靈巧的骨骼，這些都是他們成為空中霸主的重要武器，人類 翱翔于藍天，完全可以效仿鳥類，完成人類千年的夢想。 參考文獻： 1. http://blog.sina.com.cn/s/blog_4aad97ce0100kr9l.html 2. 部分實物圖來自：《目擊者叢書-自然博物館-鳥》（三聯書店）