科普:虫子为何能在天花板上倒立行走

生活中,我们随处可见各种昆虫可以随意的天花板上爬行,难道虫子没有万有引力吗?虫子是靠什么客服万有引力的作用呢?下面为大家揭开虫子逆重力爬行的什么面纱。

以前,科学不够发达,科学家认为像壁虎等动物是靠脚掌与墙壁等产生真空,利用负压粘附在墙壁或天花板上。随着科技水平的提高,尤其是微纳米技术的发展,我们才真正认识到其中的奥秘。

首先,我们来看看昆虫等小动物的脚掌的微观结构。典型的昆虫脚掌结构分两种:钢毛类和粘附垫类。如图a所示,单根刚毛的尺寸在几微米左右,这种昆虫以蚂蚁和壁虎最为典型。如图b所示,单个粘附垫尺寸在几百微米左右,比较典型的是苍蝇。


科普:虫子为何能在天花板上倒立行走

图a 昆虫刚毛


科普:虫子为何能在天花板上倒立行走

图 b 昆虫粘附垫


科普:虫子为何能在天花板上倒立行走

图C 不同昆虫刚毛尺寸范围


那么,昆虫是怎么靠这些脚掌结构粘附在天花板上的呢?在微纳米水平,分子或原子接触很近会产生一种力,叫范德华力。在宏观尺度,由于我们无法能做到原子分子级别的接触,所以感知不到这种力的存在,但是昆虫刚毛或粘附垫却可以。

对于单根刚毛而言,虽然产生的范德华力较小,但是昆虫每只脚上有成千上万跟刚毛,这样累加就会产生足够的吸引力。对于粘附垫的昆虫,粘附点及其柔然,可以在纳米尺度和物体表面接触,而且接触面积很大,从而也能产生很大的吸引力。

经过数亿万年的生物进化,这些小昆虫充分利用了自然界存在的一种纳米级别,界面与界面之间的范德华力帮助他们克服万有引力,随意在天花板上跳舞。是不是很神奇呢。


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