蜜蜂不用遵守空气动力学?翅膀那么小,它们是怎么飞上天的?

魅力科学君

发布时间: 05-2720:31星问答计划创作者,优质科学领域创作者

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蜜蜂是人类的好朋友,仔细观察过蜜蜂的人都知道,与蜜蜂胖乎乎的身体相比,它们的翅膀显得很小,这不免令人担心,蜜蜂的翅膀那么小,它们真的能飞上天吗?而事实证明我们的担心是多余的,因为蜜蜂不但能够飞上天,而且飞行技术还相当不错。

蜜蜂飞行的谜团曾经困惑了人们很长一段时间,根据早期的研究,蜜蜂的翅膀无论怎么拍打都无法产生足够的升力,看上去蜜蜂似乎没有遵守空气动力学,那它们为何也能飞上天呢?难道是蜜蜂不用遵守空气动力学吗?

答案当然是否定的,之所以会存在这种说法,其实是因为早期的相关理论还不够完善,建立模型时也考虑得不够细致,而随着科学的发展,现代空气动力学早已揭开了蜜蜂飞行的谜团,下面我们就来看一看它们是怎么飞上天的。

蜜蜂的翅膀

蜜蜂有一前一后两组翅膀,其上分布着横向和纵向的翅脉,它们彼此交联,并且存在着一些分支结构,为翅膀提供了有效的机械支撑,并将薄到透明的翅膜牢牢地固定其中,而两组翅膀的前缘都存在着一个相对坚固的区域,这加强了蜜蜂的翅膀穿透空气的能力。

如上图所示,蜜蜂前翅边缘还有一种特殊的锯齿状结构,这可以使其前翅和后翅联系得更紧密,从而使蜜蜂在飞行时获得更大的动力。

除此之外,蜜蜂的翅膀上还分布着非常细小的毛状结构,根据位置的不同,它们的种类、长度以及密度都不一样,相关研究表明,这些毛状结构符合空气动力学,它们可以帮助蜜蜂在飞行时更好地利用气流。

蜜蜂的飞行肌肉

蜜蜂用于飞行的肌肉位于它们的胸腔之内,可以分为两种,一种可称为“直接肌肉”,这些肌肉直接附着在翅膀上,它们可以允许蜜蜂单独操控某个翅膀,使其向前后左右移动,而当这些肌肉相互配合时,则可以让蜜蜂的翅膀旋转,并且还能够使其出现一定程度的扭曲。

另一种可称为“间接肌肉”,这些肌肉没有与翅膀直接连接,而是附着在“直接肌肉”上,“间接肌肉”又可分为垂直和水平两组,前者从蜜蜂胸腔的顶部一直延伸到底部,当其收缩时,会使蜜蜂的翅膀往上,后者则从蜜蜂胸腔的前部向后部延伸,当其收缩时,会使蜜蜂的翅膀往下。

得益于昆虫独特的呼吸系统,蜜蜂的这两组“间接肌肉”都可以进行高频率的收缩和放松,当它们协同工作的时候,蜜蜂的翅膀就能够以极高的速度振动,其频率可以高达每秒钟200多次。顺便讲一下,我们听到的蜜蜂发出的“嗡嗡”声,其实就是它们的翅膀在高速振动的时候产生的。

蜜蜂是怎么飞上天的?

蜜蜂的翅膀并不是刚性的,在飞行过程中,蜜蜂的翅膀在高速振动的同时还可以单独移动,并且还可以发生扭曲和旋转,从而让翅膀附近的空气产生涡旋,而蜜蜂飞行的动力就来自于此。

例如在蜜蜂的翅膀向下振动的过程中,翅膀前缘区域就会迅速形成低压区,在这种情况下,下方的空气就会迅速涌入其中,形成空气涡旋并将蜜蜂包裹在其中,而在翅膀继续振动的过程中,这种涡旋在短时间内并不会脱落,从而蜜蜂提供了持续的升力,只需要轻微地改变翅膀的倾斜度,蜜蜂就可以在空中飞行。

在水平飞行的过程中,蜜蜂的翅膀会通过特殊的动作在沿着翼展方向形成一种“展向气流”,这可以使翅膀前缘的空气涡旋在形成之后不会迅速增大,从而长时间地滞留在蜜蜂附近,这就可以帮助蜜蜂在平动过程中也能够得到升力。

除此之外,蜜蜂的翅膀在振动方向发生转换的过程中(例如向下转换为向上),还能够围绕着翼展方向进行轴向旋转180度(俗称“翻一面”),这能够增加空气与翅膀的相对速度,同时还可以回收空气涡旋尾迹中的部分能量,从而使蜜蜂获得额外的动力。

简而言之,尽管蜜蜂的翅膀看上去那么小,但它们这种的翅膀却能够通过高速振动来不停地形成的空气涡旋,而通过对这些空气涡旋的精准掌控,蜜蜂就可以实现各种飞行需求。

小结

通过以上的介绍我们可以看到,所谓的“蜜蜂没有遵守空气动力学”,只不过是人们在知识不够全面的情况下所提出的观点。当然了,即使是到了现在,我们仍然谈不上完全洞悉了蜜蜂飞行的奥秘,期待在未来的探索中,我们能够收获到更多的知识。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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