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鱼为什么生活在水里? 鱼儿为什么会游

鱼儿水里

鱼为什么游泳(鱼为什么生活在水里？)
制作人:科普中国
制作:苏承禹
制作人:计算机网络信息中心
这似乎是一个很自然的问题:“因为鱼有鳍，就像人有脚一样，所以鱼会游泳” 。
【鱼为什么生活在水里? 鱼儿为什么会游】如果被这句话困扰，甚至可以用“因为是鱼，所以会游泳”的方式来回答 。
但事实真的是这样吗？鱼鳍是鱼类游泳的主要动力来源吗？
如果你深入挖掘，你会发现这个问题其实并不简单 。
来源:Giphy动画
很久以前，人们就意识到游泳是动物最省力的运动方式 。
走路、飞行、游泳，如果让你选择一种从A点到B点的移动方式，你会选择什么？
我想大多数人都会选择坐飞机 。
的确，对于个人来说，飞行是最快的锻炼方式，但如果只考虑能量消耗，飞行并不是最优解 。
科学家发现，松鼠爬行1公里需要22.73焦耳的热量 。海鸥飞行需要消耗6.07J的热量；三文鱼只消耗1.63J的热量，约为松鼠的1/20，海鸥的1/6 。
即使你找到一个和三文鱼一模一样的物体，以同样的速度放入水中，拖动1公里，科学家发现游动的三文鱼消耗的能量只有前者的1/7-1/8 。
显然，游泳是动物最省力的方式 。
既然鱼游得如此高效，人类肯定会想模仿它，创造一种水下推进装置，以和鱼一样的方式移动 。
你可能会想，我们不是已经有潜艇了吗？
但是即使是最快的由螺旋桨推进的核潜艇，速度也只有每小时44.7节，也就是每小时80.4公里 。水中最快的旗鱼可以达到每小时112公里的速度 。
不仅是速度问题，还有潜艇推进的噪音和能耗问题，螺旋桨高速旋转也会产生空侵蚀效应，导致螺旋桨磨损 。
所以人类一直想模仿鱼类的游泳风格，设计更先进的水下下载设备，这也叫仿生学 。
但是要想模仿，首先要了解鱼游泳的原理 。
第一个问题是，我们应该选择什么样的鱼作为研究对象？
如果你仔细观察鱼的运动模式，你会发现大多数鱼的运动方式都是一样的:利用尾巴和身体肌肉的收缩，有规律地左右扭动，专业上称为身体和/或尾鳍推进模式(BCF) 。
鱼是如何游泳的|来源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _东西/鱼/hodofishwim . phtml
科学家发现，不同的鱼有不同的扭动幅度和频率，但核心是扭动 。
当然，鱼鳍的摆动在游泳中也起着一定的作用，主要是调整方向，主要驱动力来自身体的扭动，尤其是鱼快速移动的时候 。
因此，鱼鳍不是鱼类游动的主要动力来源，而是躯干的扭动 。
不同鱼的鳍大小形状都不一样|来源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _ things/fish/hodofishwim . phtm
由于鱼的主要运动方式是躯干的扭转，所以研究它们扭转的细节是有好处的 。
我前面说过，不同的鱼摆动幅度不同，有的大，有的小 。扭转幅度大的称为波浪式，扭转幅度小的称为摆动式 。不
无论分类如何，这两种推进方式都有相同的基本运动原理 。
不同的鱼在不同的范围内摆动|来源:文献3
作为科学研究，一定要优先选择那些摆动幅度大的鱼类作为研究对象，因为摆动幅度越大，越容易观察到摆动细节 。
哪种鱼的摆动幅度更大？
自然是鳗鱼、黄鳝等长鱼，因为体型越长，肌肉收缩产生的波动越明显 。
鳗鱼的运动方式主要取决于身体的波动|来源:giphy动画
所以很早以前，科学家们就用鳗鱼等长鱼做实验，主要是用高速摄影来捕捉它们的运动模式 。
利用摄影技术研究鱼类的运动有很大的局限性 。
鱼免费 。它在水箱中自由游动，无法做出具体动作来满足科学家的研究需求 。
为了定量分析鱼在游泳过程中的振幅、频率和前进速度等参数，一些科学家设计了一种机械装置，可以使死鱼的身体产生波浪形的游泳动作 。

这个装置通过将一根长杆插入鱼体内，然后摇动装置上的凸轮来控制鱼的运动 。
当凸轮旋转时，移动杆将驱动鱼产生预定的波动 。
这样科学家就可以让鱼按照自己想要的方式移动，具体参数的研究就更方便了 。
记录鱼类运动的方法有很多，但无论采用什么研究方法，还是要将其总结成理论模型，才能了解运动的具体机制 。
通过观察科学家发现，鱼在游泳过程中，鱼体的肌肉会自始至终收缩，身体会一个个弯曲，产生向后的运动波，然后推动水流产生向前的推力 。
三文鱼肌肉排列顺序|来源:https://tpwd.texas.gov/
至于这种推力是如何产生的，有两种主要理论可以解释:

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