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蒼蠅是“四害之一”,是人人喊打的存在,不過拋開它“害蟲”的因素不說,蒼蠅本身確實很強,因為它比蚊子體型要大,但是卻比蚊子更難徒手抓住或者拍死,並且蒼蠅幾乎可以在任何的物體上停留,不管是垂直的牆壁、玻璃,還是光滑且平行於地面的天花板上,它們都能如履平地。那麼,你有沒有想過,為什麼蒼蠅的停留能力如此之強呢?它為什麼能夠“擺脫地心引力的約束”呢?我們一起來了解一下蒼蠅這種討人厭的昆蟲。
蒼蠅的“超能力”對於我們人類來說,在光滑的地面上走路都有可能摔倒,更不用說想著垂直於牆面向上“攀巖”或者在天花板上倒立行走了,尤其是後面兩個動作,只會在一些科幻的作品中,人類因為獲得某種超能力才可以實現。但是,這些動作對於小小的蒼蠅來說,簡直是“小兒科”。那麼,蒼蠅是如何做到的呢?問題就出在蒼蠅的腿上。
蒼蠅有6條腿,這六條腿從外觀上看,沒有什麼特別的,但是如果你拿顯微鏡看,就會發現另有乾坤。首先,蒼蠅每一條腿的末端都有兩個“爪”,這兩個爪呈“八字”分開,爪尖非常的細。這樣的好處就是蒼蠅總是能在一些物體的表面找到一些坑窪之處,然後用自己的兩個爪尖抓住相鄰的坑窪之處,它就能完成垂直或者平行於地面停留的動作。(下圖為顯微鏡下蒼蠅的腳末端)
當然,這個方法僅僅是適用於物體表面有較多細小的坑窪的情況下,像我們的天花板、玻璃這些表面坑窪較少且非常的滑的地方,蒼蠅是如何停留的呢?
這同樣也難不倒它,從上圖蒼蠅的腿部末端我們除了能夠看到那一對爪外,在爪的下面還有一對毛絨絨的東西,這個就是它的另一個“武器”-爪墊盤。從外觀上看,爪墊盤呈袋狀,而且中間向下凹陷,這個構造非常的重要。因為當蒼蠅停留在物體表面時,它爪墊盤是優先接觸到物體表面的,而中間的凹陷,在降落時,受到擠壓力,會向外鼓起,此時,在一個平面上,它的爪墊盤就會與平面之間形成一個真空的區域,這個原理類似於我們常見的吸盤,正是爪墊盤類似於吸盤的能力,將蒼蠅“擺脫了地心引力”固定在了垂直於或者平行於地面的光滑的物體表面上。並且在蒼蠅的爪墊盤上佈滿了細小的纖毛(也就是剛毛),這些剛毛在與物體表面接觸時,也能形成吸附作用(在下面我們說一下)。
不過,蒼蠅固定身體的方式遠遠不止是爪墊盤這麼簡單,還有另外一個“裝置”,讓蒼蠅可以停的更加的穩當。
當蒼蠅的爪墊盤接觸到光滑的物體表面時,為了讓自己停留的更加穩當,它的腿部末端有一個可以分泌液體的器官,這些液體是中性脂質的,具有一定的粘性。這些液體會順著爪墊盤滲透進接觸面中(主要是從爪墊盤的後端深入,因為這個位置微微翹起),讓爪墊盤上的剛毛沾上液體,從而產生毛細作用。讓整個爪墊盤的吸附力可以更強。這一點我們也可以參考吸盤,吸盤如果是幹得和沾一點水,在同時吸附玻璃時,顯然後者的吸附力更大。
說到這裡,許多小夥伴會有疑問:吸附得如此牢固,蒼蠅怎麼保證隨時起飛?
經過液體加固,爪墊盤吸附柱物體表面後,會面對一個問題,那就是及時的飛走,畢竟這樣才能最大程度地逃避天敵的捕殺。但是,用過吸盤的小夥伴都知道,吸盤一旦吸住玻璃,想要往下拽就要用更大的力氣才行。
所以,為了讓自己可以隨時的飛走,另一個“裝置”的作用出現了,這個裝置就是它的剛毛。當蒼蠅落在光滑的物體表面上時,它會分泌液體讓自己的剛毛沾滿,然後這些剛毛也會聚集到一起,產生較大的吸附力。當蒼蠅要逃走時,它們會迅速地控制剛毛散開,同時上圖中箭頭的位置往上一抬,空氣進入,吸附力消失,它就能隨時逃走了。
可能有的小夥伴對蒼蠅控制自己剛毛的行為還有些不理解,其實,蒼蠅控制自己的剛毛並不是透過神經系統,畢竟昆蟲的神經系統都不發達,而是靠整個腿部的調整。上面我們說過,爪墊盤上的細小剛毛能與物體表面形成吸附作用,其實這個吸附作用是因為蒼蠅的剛毛太過細小屬於奈米級別的,而物體是由分子組成的,也是奈米級別的,那就是說蒼蠅的剛毛與物體表面接觸時,其實就是分子間的接觸,而分子間本身就存在一定的作用力,被稱為範德華力。而範德華力失去作用力的臨界角度是30°,所以,當蒼蠅要飛走時,只要透過輕微的移動腿部就能達到改變剛毛與物體表面角度的效果,讓這個作用力消失。再加上上面說過的動作,蒼蠅能夠在遇到危險的一瞬間飛走。
除了蒼蠅外,壁虎能夠牆上漫步的原理其實也與範德華力有很大的關係,因為壁虎的腳上也有數不清的細小剛毛。
總結蒼蠅之所以能夠在天花板、玻璃上牢牢地固定,而且還能如履平地,與它腳的特殊結構是分不開的,爪墊盤和上面的剛毛能夠形成吸附力,而分泌的液體能讓吸附力最大化,而隨著時間的推移,液體的減少,吸附力減少,此時再改變爪墊盤與物體表面的角度,蒼蠅就是隨時移動和起飛了。
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蒼蠅有六條細長的腿,每條腿的末端長著兩個尖而硬的爪,爪的基部有一個被茸毛遮住的爪墊盤。爪墊盤是一個袋狀結構,裡面充血,下面凹陷。當蒼蠅停留在光滑的牆壁或天花板上時, 爪墊盤和平面之間產生了真空,蒼蠅便牢牢地吸附在平面上。這種吸附力,足以能承受蒼蠅本身的體重。 即使蒼蠅吸在天花板上,背部向下,也不會掉下來。另外,蒼蠅的爪墊盤上,還分泌一種黏液,這樣,就使它牢牢地吸在物體上了。