科普:蟲子為何能在天花板上倒立行走

生活中,我們隨處可見各種昆蟲可以隨意的天花板上爬行,難道蟲子沒有萬有引力嗎?蟲子是靠什麼客服萬有引力的作用呢?下面為大家揭開蟲子逆重力爬行的什麼面紗。

以前,科學不夠發達,科學家認為像壁虎等動物是靠腳掌與牆壁等產生真空,利用負壓粘附在牆壁或天花板上。隨著科技水平的提高,尤其是微納米技術的發展,我們才真正認識到其中的奧秘。

首先,我們來看看昆蟲等小動物的腳掌的微觀結構。典型的昆蟲腳掌結構分兩種:鋼毛類和粘附墊類。如圖a所示,單根剛毛的尺寸在幾微米左右,這種昆蟲以螞蟻和壁虎最為典型。如圖b所示,單個粘附墊尺寸在幾百微米左右,比較典型的是蒼蠅。


科普:蟲子為何能在天花板上倒立行走

圖a 昆蟲剛毛


科普:蟲子為何能在天花板上倒立行走

圖 b 昆蟲粘附墊


科普:蟲子為何能在天花板上倒立行走

圖C 不同昆蟲剛毛尺寸範圍


那麼,昆蟲是怎麼靠這些腳掌結構粘附在天花板上的呢?在微納米水平,分子或原子接觸很近會產生一種力,叫範德華力。在宏觀尺度,由於我們無法能做到原子分子級別的接觸,所以感知不到這種力的存在,但是昆蟲剛毛或粘附墊卻可以。

對於單根剛毛而言,雖然產生的範德華力較小,但是昆蟲每隻腳上有成千上萬跟剛毛,這樣累加就會產生足夠的吸引力。對於粘附墊的昆蟲,粘附點及其柔然,可以在納米尺度和物體表面接觸,而且接觸面積很大,從而也能產生很大的吸引力。

經過數億萬年的生物進化,這些小昆蟲充分利用了自然界存在的一種納米級別,界面與界面之間的範德華力幫助他們克服萬有引力,隨意在天花板上跳舞。是不是很神奇呢。


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