“太阳雨” 背后的神奇小工匠:撒尿虫的独特技能与大用途

2024年11月03日15:53:06 科学 1445

晴天路过树下,你淋到几滴飘落的雨滴,这是树上的虫为你洒下的“太阳雨”。

别小看虫子,它制造“太阳雨”的技能你可学不会。大虫子能发射连续的雨丝,小虫子则会发射单个的水球,虫子发射的水球就是它的尿液。

它们发射尿滴的速度非常快,最快加速度能达到40倍重力加速度。相比之下,猎豹奔跑时的最快加速度还不到1倍重力加速度,虫子在4秒之内把尿滴弹射到1米开外,水平距离相当于自己的100倍身长。

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“下雨”的虫

有一种撒尿虫子名叫玻璃翅叶蝉,它有绰号叫快枪手叶蝉。快枪手的子弹不仅速度快,弹药数量还非常多。

它们以植物里的汁液为食,汁液营养贫瘠,95%以上的成分都是水。每天它们要吸食300倍体重的汁液,才能从中获得所需的能量,吸进去的液体通通被排出来。快枪手就像一把连续工作的水枪,每天都在不停地装水、放水,300倍体重的汁液被它做成水球,一颗颗从尾部发射出去。当你走到树下,树上成千上万只快枪手一起发射水球,为你撒下一场独特的夜蝉雨。

快枪手为什么不连续发射雨丝而要做成水球呢?比如我们熟悉的知了猴也会吸食树木汁液排出水分,但它的尿是连续排泄。快枪手叶蝉把尿液做成水球再一粒一粒发射,不会累吗?它还真不累,对快枪手来说,连续排尿比起发射水球要多花4~8倍的力气。

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快枪手的个头太小了,身长只有1.2厘米,相比之下知了猴比它大很多。身长5厘米的小个头快枪手,排尿管道出口的直径只有几十微米,虫子身体里的压力要非常大才能把尿液从小孔里连续喷射出去。

知了猴轻而易举的排尿过程,在快枪手这可望而不可及,只有排尿口直径大于100微米的动物才能进行连续排尿。另外,排尿时小个头的快枪手还必须面对大个头动物可以完全忽略的液体表面张力,液体的表面张力会让水滴粘在快枪手的屁股上而不会自动滚落。如果不主动弹射水球,虫子很快被淹没在尿液里了,因此发射水球是快枪手最佳的排尿方式。

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快枪手弹射水球

快枪手有一根专门发射水球的触针。当它制作水球时,触针向后折叠,腾出空间让给水球,水球逐渐长大,长到最佳尺寸时,虫子停止排尿。触针进一步向后旋转15度,然后像投石器一样把水球发射到空中。更有趣的是,虫子发射水球时,触针的速度为每秒0.23米。但是水球在空中的飞行速度比触针速度要快50%,水球速度比发射器的速度更快,这种现象叫做超推进。

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快枪手弹射水球细节

水球从哪里获得额外的超级推动力?水球额外的推力正是来自于液体表面张力下储存的弹性能量。水球的弹性蓄能大大增加了它的飞行速度。佐治亚理工大学研究团队发现“水球尺寸、发射角度、触针速度,快枪手的每一项选择都是节省力气的最佳选择”。

最后再来看研究虫子有什么用途?可以用来清除手机或者智能手表里的水分,计算出最佳的震动频率,通过扬声器的震动排出设备里的水分;还可以使用低频震动去除头盔表面或是汽车挡风玻璃上凝结的雾气。

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