月亮水母“懂得”流體力學的知識

　　月亮水母“懂得”流體力學的知識，從而成為海洋中最懂得節約能源的遊泳健将。

　　在陸地上，我們在水中笨拙，但水中的動物靈活。例如，魚有流線型的身體，可以很容易地在水中移動。但水母是透明的傘狀，邊緣有柔軟的觸須，似乎隻能随波逐流。真的是這樣嗎?不是。

　　最近的一項研究發現，一種叫做月亮水母的海洋生物是動物界中最擅長遊泳的人，他知道如何節省能量。他們的秘密武器是在蘑菇狀的身體下面形成一個“水牆”，用這個水牆推動身體前進。這是怎麼做到的?

　　身體結構簡單，但遊泳很好。

　　在藍色的海洋裡，水母就像漂浮的透明氣球，特别漂亮。它們的肌肉組織隻有單層細胞厚度，身體結構非常簡單。它們沒有魚的鰓和鳍，甚至沒有心髒、血液和大腦，但它們經受住了自然選擇的嚴峻壓力。它們在地球海洋中已經遊了5億多年，比恐龍還古老。

　　在漫長的生命進化過程中，水母逐漸學會了巧妙地利用身體與水的相互作用，成為動物界最懂得節約能源的遊泳健将。在它們鐘形的身體下面，有一組特殊的肌肉，可以迅速膨脹然後收縮，排出包裹在體内的水分。借助噴水推進，水母可以反方向遊動。

　　然而，它們是如何遊泳的呢?科學家們以慢動作瞥見了這個謎。詳情發表在1月6日的《皇家學會學報B:生物科學》上。

　　懂流體力學的水母。

　　在實驗室裡，科學家們用高速攝像機記錄了月亮水母幽靈般的舞蹈。他們将大量微小的玻璃珠放入水箱中，然後用激光照射随水移動的玻璃珠，以跟蹤水母周圍的液體流動。

　　原來水母每收縮一次柔軟的身體，周圍就會産生兩對漩渦。一對漩渦(下圖紅色)增加了身體下部的壓力，從而提供額外的驅動力。随着身體繼續收縮，從傘狀身體的邊緣産生另一對相反的漩渦(藍色)，将水推向觸手，水流在觸手處碰撞形成“水牆”。

　　這兩對漩渦的相互作用使得水母更高效地向前推動身體，比正常移動距離長30%。事實上，聰明的水母使用一種叫做“地面效應”的流體力學原理。

　　從天堂到海洋時可以使用的地面效果。

　　地面效應，又稱機翼地面效應和機翼表面效應。當飛機即将降落在跑道上時，你會覺得自己仿佛漂浮在氣墊上，這是由于地面效應。這時飛機周圍的氣流受地面影響，上下機身壓差增大，使得升力突然增大。如果飛行員不小心，飛機甚至會因為地面效應而獲得向上的力，突然上升。

　　甲殼類、魚類等動物在接近固體邊界(如暗礁)遊泳時，會經曆地面效應。水母大部分時間生活在開闊的水域，但它們可以用隻有一層細胞厚的肌肉組織創造一個水牆，利用水牆的力量産生地面效應，推動自己前進。

　　人類工程師也在利用地面效應提高推進器的效率。由于地面效應，在相同的速度和推力下，靠近地面飛行的飛機會獲得更大的升力，從而提高燃油效率。前蘇聯發展了各種翼-地效應飛機(簡稱“地效飛機”)。它們靠近陸地或水面飛行，在緊急情況下可以随時降落;它可以避開水中的波浪，跳過陸地上的沙漠和沼澤。具有廣闊的應用前景。

　　在賽車比賽中，我們經常看到快速賽車像火柴盒一樣翻滾出賽道，也是因為地面效應。為了讓賽車在轉彎時保持高速，設計師往往會在賽車的頭部和尾部安裝一個與機翼形狀正好相反的小機翼，以便賽車行駛時産生向下的力，将車身牢牢地壓在地面上。同時可以增加摩擦力，讓車更快的前進。

　　未來，工程師們可能會借鑒水母的智慧，設計出一種能夠産生渦流、提高水下推進效率的水下航行器。

　　也可以試試。下次遊泳的時候，想想流體力學，試着激起幾個漩渦。