西埃罗费罗比赛视频 西埃罗费罗( 二 )


蛇怪蜥蜴(Basiliscus plumifrons)能用双脚在水面上快速奔跑 , 得益于强有力的后肢和一双大脚板 , 它们能以站立的姿态快速地用后脚蹬踏水面 , 利用在水面形成的空腔提供向上的升力 。

西埃罗费罗比赛视频  西埃罗费罗

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壁虎没有那么强劲有力的后肢 , 它们采用的是四肢并用 , 连环出掌拍击水面 , 同时头部微扬 , 在水面上保持一个小的向前的纵倾角(Trim angle) , 以提供足够的升力 。
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“连环掌”的技术细节(动力学分析) 。图片来源:参考文献[1]
招式拆解之——“神龙摆尾”
除了用连环掌划水外 , 壁虎还会用动灵活的腰身和尾巴扭出一道优美的正弦 , 配合四肢的动作 , 像鱼类一般摆动游走 , 为壁虎在水面前进增添推动力 。
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高速摄像机下 , 壁虎“神龙摆尾”的慢动作 。来源:参考文献[1]
招式拆解之——“水上漂”
然而 , 仅仅依靠四肢和尾部出力 , 仍不足以让壁虎待在水面之上 。科学家们推断 , 壁虎皮肤的疏水性应该也在其中起到了重要的作用 , 它们也会利用水面张力去支撑大部分体重 , 同时减少水滴落在身上产生的阻力 。
为了验证这一假设 , 研究者们邀请了壁虎的亲戚——蛇怪蜥蜴来一起参加测试 。他们准备了一个大水缸 , 录制壁虎和蛇怪蜥蜴在水面行走的情况 , 然后又在水中添加了肥皂 , 降低了约一半的表面张力 , 再次观察它们的表现 。
结果发现 , 肥皂水对蛇怪蜥蜴的表现丝毫没有影响 , 而壁虎的速度却降低到了58%左右 , 身体也有明显下沉 。也就是说 , 蛇怪蜥蜴的“水上跑”完全是腿脚功夫过硬 , 而壁虎则会巧妙借助水面张力来节约体能 。
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加肥皂前(上)和加肥皂后(下) , 壁虎“凌波微步”的表现明显不同 。来源:参考文献[1]
“凌波微步”可以帮助壁虎迅速划过水面——科学家们通过计算得出 , 集齐上述招式 , 壁虎就能以0.6米每秒的速度在水面前进 , 平均每秒移动10.5个身位 。而人类目前的百米自由泳世界记录保持者——巴西游泳选手西埃罗·费罗 , 平均每秒只有1.3个身位 。
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“凌波微步”的分解动作 。图片来源:参考文献[1]
这些小动物的表现确实令人羡慕不已 , 那么 , 人类能不能通过模仿它们 , 实现在水上奔跑的梦想呢?
一组来自意大利米兰大学的研究者 , 就从蛇怪蜥蜴的“水上跑”获得灵感 , 特地对这一问题做了详细地分析和研究 。
他们通过计算发现 , 人类想像蛇怪蜥蜴那样在水面奔跑 , 有三种实现的途径:
1.加快奔跑速度——以超过30米每秒(约为人类在陆地上奔跑速度极限的3倍)的速度在水面奔跑 。这显然很不现实 。
2.增大和水面的接触面积——比如穿上一双面积为1平方米左右的踩水专用鞋 , 并以10米每秒速度奔跑 。这看起来也难以实现 。
3.换个星球——既然我们没法减少地球引力 , 那不如找个引力更小的星球去尝试“水上跑”吧 。研究者们通过模拟低重力环境测试得出 , 当相对重力降低到地球重力的22%时 , 人类就可以轻松地实现“水上跑”了 。而我们的邻居月球 , 以及太阳系中木星的4颗卫星 , 土星的两颗卫星 , 冥王星等都是不错的选择 。不过等等 , 就算我们能抵达这些星球 , 好像也没有可以用来练习水上跑的池塘啊……
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研究者们正在通过模拟低重力环境测试“水上跑”的条件 。图片来源:参考文献[2]
只能说 , 这项研究更进一步证实了人类在水上行走的难度(顺便帮研究者拿到了2013年的搞笑诺贝尔奖物理学奖) 。

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