晴天路過樹下,你淋到幾滴飄落的雨滴,這是樹上的蟲為你灑下的「太陽雨」。
別小看蟲子,它製造「太陽雨」的技能你可學不會。大蟲子能發射連續的雨絲,小蟲子則會發射單個的水球,蟲子發射的水球就是它的尿液。
它們發射尿滴的速度非常快,最快加速度能達到40倍重力加速度。相比之下,獵豹奔跑時的最快加速度還不到1倍重力加速度,蟲子在4秒之內把尿滴彈射到1米開外,水平距離相當於自己的100倍身長。
「下雨」的蟲
有一種撒尿蟲子名叫玻璃翅葉蟬,它有綽號叫快槍手葉蟬。快槍手的子彈不僅速度快,彈藥數量還非常多。
它們以植物里的汁液為食,汁液營養貧瘠,95%以上的成分都是水。每天它們要吸食300倍體重的汁液,才能從中獲得所需的能量,吸進去的液體通通被排出來。快槍手就像一把連續工作的水槍,每天都在不停地裝水、放水,300倍體重的汁液被它做成水球,一顆顆從尾部發射出去。當你走到樹下,樹上成千上萬隻快槍手一起發射水球,為你撒下一場獨特的夜蟬雨。
快槍手為什麼不連續發射雨絲而要做成水球呢?比如我們熟悉的知了猴也會吸食樹木汁液排出水分,但它的尿是連續排泄。快槍手葉蟬把尿液做成水球再一粒一粒發射,不會累嗎?它還真不累,對快槍手來說,連續排尿比起發射水球要多花4~8倍的力氣。
快槍手的個頭太小了,身長只有1.2厘米,相比之下知了猴比它大很多。身長5厘米的小個頭快槍手,排尿管道出口的直徑只有幾十微米,蟲子身體里的壓力要非常大才能把尿液從小孔里連續噴射出去。
知了猴輕而易舉的排尿過程,在快槍手這可望而不可及,只有排尿口直徑大於100微米的動物才能進行連續排尿。另外,排尿時小個頭的快槍手還必須面對大個頭動物可以完全忽略的液體表面張力,液體的表面張力會讓水滴粘在快槍手的屁股上而不會自動滾落。如果不主動彈射水球,蟲子很快被淹沒在尿液里了,因此發射水球是快槍手最佳的排尿方式。
快槍手彈射水球
快槍手有一根專門發射水球的觸針。當它製作水球時,觸針向後摺疊,騰出空間讓給水球,水球逐漸長大,長到最佳尺寸時,蟲子停止排尿。觸針進一步向後旋轉15度,然後像投石器一樣把水球發射到空中。更有趣的是,蟲子發射水球時,觸針的速度為每秒0.23米。但是水球在空中的飛行速度比觸針速度要快50%,水球速度比發射器的速度更快,這種現象叫做超推進。
快槍手彈射水球細節
水球從哪裡獲得額外的超級推動力?水球額外的推力正是來自於液體表面張力下儲存的彈性能量。水球的彈性蓄能大大增加了它的飛行速度。佐治亞理工大學研究團隊發現「水球尺寸、發射角度、觸針速度,快槍手的每一項選擇都是節省力氣的最佳選擇」。
最後再來看研究蟲子有什麼用途?可以用來清除手機或者智能手錶里的水分,計算出最佳的震動頻率,通過揚聲器的震動排出設備里的水分;還可以使用低頻震動去除頭盔表面或是汽車擋風玻璃上凝結的霧氣。