各式運(yùn)動(dòng)明星大盤(pán)點(diǎn)

在動(dòng)物進(jìn)化譜系樹(shù)上，我們都能體察到結(jié)構(gòu)和功能同物理規(guī)律的關(guān)系。在運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)物首先要同地心引力抗?fàn)帲€要適應(yīng)流體、空氣、空間環(huán)境+不斷調(diào)整自身，淘汰不適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。所以，動(dòng)物的外形和結(jié)構(gòu)能最大限度地適應(yīng)力學(xué)定理，讓運(yùn)動(dòng)能力發(fā)揮到極致。會(huì)爬、善泳、能飛、擅跳……可以說(shuō)，在動(dòng)物世界中，它們個(gè)個(gè)都是運(yùn)動(dòng)健將。

漂浮能手：草履蟲(chóng)

動(dòng)物是生物圈的消費(fèi)者，為了取得食物，它們必需接受自然界物理規(guī)律的支配，借助力學(xué)原理運(yùn)動(dòng)。如動(dòng)物界中最原始、最低等的原生動(dòng)物草履蟲(chóng)，它生活在水面，其主要運(yùn)動(dòng)是漂浮。草履蟲(chóng)的單細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞內(nèi)容物由皮膜包裹，內(nèi)有大量的伸縮泡和氣泡。皮膜能隔水，其體重又特輕，這是其能在水中漂浮的先天條件。在水中前行還必須克服水的阻力，草履蟲(chóng)的圓錐形頭部是最適合的結(jié)構(gòu)，似乎天生就是為此而生。

草履蟲(chóng)的細(xì)胞器由細(xì)胞膜演化生成，細(xì)胞膜是同環(huán)境接觸的前沿陣地，受物理規(guī)律的影響也最大?？梢哉f(shuō)，草履蟲(chóng)的感應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)、排泄等生理活動(dòng)都與運(yùn)動(dòng)力學(xué)息息相關(guān)。沒(méi)有神經(jīng)的原生動(dòng)物，其感應(yīng)性與化學(xué)分子的運(yùn)動(dòng)趨向一致，哪里的環(huán)境適合它，它就會(huì)游向哪里?？跍先∈橙闪黧w力學(xué)支配，食物泡的形成靠的是蛋白質(zhì)膜收縮，排泄過(guò)程也完全符合流體力學(xué)。草履蟲(chóng)的皮膜上長(zhǎng)滿(mǎn)纖毛，每根纖毛的動(dòng)作如單臂劃水，纖毛互相配合使水沿體表向后移動(dòng)，前進(jìn)的方向與纖毛呈直角正交，較好地減少了阻力。鞭毛和纖毛是原生動(dòng)物特有的運(yùn)動(dòng)器官，它可使動(dòng)物在液體介質(zhì)中靈活行動(dòng)，速度較變形運(yùn)動(dòng)快得多。而這給了科學(xué)家靈感，科學(xué)家由此產(chǎn)生聯(lián)想，利用細(xì)菌和原生動(dòng)物的鞭毛研制納米發(fā)動(dòng)機(jī)。

雙跳冠軍：袋鼠

澳洲是有袋類(lèi)動(dòng)物的故鄉(xiāng)，其中，袋鼠是澳洲的國(guó)寶。而袋鼠家族中的紅袋鼠則是體型最大、也是最美麗的一種。它們善于跳躍，一躍就是7～8米遠(yuǎn)，4米高。如果讓它們?nèi)⒓訆W運(yùn)會(huì)，“雙跳冠軍”非它們莫屬。袋鼠身體高大，攜帶幼仔后，體重就更大了，在這種情形下，它們依然能跳躍那么高、那么遠(yuǎn)，它們是如何做到的?人們仔細(xì)觀察了袋鼠的起跑動(dòng)作后發(fā)現(xiàn)，袋鼠們不是站著起跑，而是先將身體彎曲，降低重心，借此增加奔跑和跳躍時(shí)向前的水平分力和沖力。它們還充分利用自身形態(tài)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，很好地發(fā)揮了強(qiáng)有力的后腿的蹬伸作用，從而迅速擺脫靜止?fàn)顟B(tài)，獲得較大的起動(dòng)速度。袋鼠的后蹬力越大，地面的反作用力也就越大，獲得的初速度也就越大。

袋鼠的這種起動(dòng)姿勢(shì)符合生物力學(xué)原理，肌肉在收縮前先拉長(zhǎng)，可以提高肌肉的張力，有利于發(fā)揮肌肉的收縮能力。

現(xiàn)在的短跑運(yùn)動(dòng)員在比賽中，均采用袋鼠式的蹲踞式起跑方式，先將臀肌、大腿前面的股四頭肌和小腿后面的三頭肌拉長(zhǎng)，使這些肌肉群處于收縮前的“繃緊”狀態(tài)，在后蹬起動(dòng)的一剎那，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的爆發(fā)力。再加上蹲踞起跑時(shí)身體重心低，支撐反作用力向前的分力大，能產(chǎn)生巨大的前沖力，提高起動(dòng)時(shí)的初速度，從而能提高短跑運(yùn)動(dòng)的成績(jī)。工程技術(shù)人員模仿袋鼠的跳躍，研制出了一種“跳躍機(jī)”。“跳躍機(jī)”沒(méi)有輪子，靠四條腿有節(jié)奏地起落前進(jìn)。即使在坎坷不平的田野或沙漠里也能通行無(wú)阻。

飛翔健將：鳥(niǎo)類(lèi)

鳥(niǎo)類(lèi)的飛翔本領(lǐng)是任何動(dòng)物都無(wú)法企及的。遍于全球的熱帶和亞熱帶海濱與島嶼的軍艦鳥(niǎo)，胸肌發(fā)達(dá)，善于飛翔，素有“飛行冠軍”之稱(chēng)。捕食時(shí)的飛行時(shí)速可達(dá)400千米左右，是世界上飛行最快的鳥(niǎo)。

尖尾雨燕的飛行速度也不容小覷。尖尾雨燕一般飛行的速度為每小時(shí)170千米，最快時(shí)每小時(shí)可達(dá)352，5千米，比小汽車(chē)還快。而鳥(niǎo)類(lèi)中最有耐力要數(shù)家燕，據(jù)鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)家研究，燕子遷徙最長(zhǎng)的距離可達(dá)8800千米，歷時(shí)35天。在穿越大洋時(shí)，它們以每小時(shí)1 20千米的速度飛馳，幾天幾夜不休息也不吃喝，是鳥(niǎo)兒王國(guó)最為壯觀和殘酷的場(chǎng)景!

鳥(niǎo)的飛行結(jié)構(gòu)和方式是人類(lèi)航天器仿生的對(duì)象。撲翼是最節(jié)能的，而人類(lèi)的飛機(jī)翅膀至今還是蜻蜒式的。早在500年前，達(dá)·芬奇就想制造像鳥(niǎo)一樣飛的飛機(jī)。在以后的500年中，科學(xué)家對(duì)此的研究一直孜孜不倦，但始終都未取得成功。2006年7月，加拿大多倫多大學(xué)的德洛里耶爾研制的撲翼飛行器，成功實(shí)現(xiàn)了首飛。但飛行活動(dòng)被一陣突然襲來(lái)的陣風(fēng)打斷，其在空中總共飛行了14秒，近3千米。

南京航空航天大學(xué)的科學(xué)家認(rèn)為，撲翼機(jī)的升力比普遍固定翼飛機(jī)要大2～3倍，使用經(jīng)濟(jì)性是常規(guī)飛機(jī)的1.5～2倍，是直升飛機(jī)的6～9倍。撲翼機(jī)能以較小的速度起飛和降落，可以垂直起降、懸停，因此，不需要很長(zhǎng)的跑道和專(zhuān)用機(jī)場(chǎng)，比普通飛機(jī)便利得多。目前，他們正在研制蜻蜒型全電撲翼機(jī)，已進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn)。

體育全能：昆蟲(chóng)之家

昆蟲(chóng)王國(guó)的子民無(wú)論是地上爬的、土里鉆的，還是天上飛的，個(gè)個(gè)都是運(yùn)動(dòng)好手。彈跳是動(dòng)物常用的運(yùn)動(dòng)方式，捕食、避敵、求偶都離不開(kāi)彈跳。目前，人類(lèi)跳高的世界記錄是2.45米，跳遠(yuǎn)的世界記錄是8.95米，相當(dāng)于人體長(zhǎng)的1.5～5倍。而昆蟲(chóng)在這方面似乎要比人類(lèi)厲害得多，身體僅6毫米長(zhǎng)的沫蟬，最高跳躍高度可達(dá)70厘米，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)身高的男性跳過(guò)200米高的摩天大樓。有科學(xué)家認(rèn)為，沫蟬是世界上跳躍最高的動(dòng)物。據(jù)測(cè)算，沫蟬跳躍時(shí)加速度可達(dá)到4000米／秒²，承受的重力是自身體重的400倍，而火箭發(fā)射只能承受其自身質(zhì)量6～7倍的重力。沫蟬耐受重力的能力競(jìng)能勝過(guò)火箭，這是科學(xué)家始終都沒(méi)有預(yù)料到的。因此，沫蟬的外骨骼力學(xué)結(jié)構(gòu)，成了科學(xué)家研制新航天器的重要參照。

昆蟲(chóng)中的飛翔能手也很多，其中飛得最快的要數(shù)澳大利亞蜻蜒，它短距離的沖刺速度可達(dá)每小時(shí)58千米。飛行耐力較強(qiáng)的是飛蝗，它們能連續(xù)飛行幾十個(gè)小時(shí)。能飛的昆蟲(chóng)，大多都有高超的飛行技巧，如蒼蠅，它能靈活地在空中直飛、振翅停留、急轉(zhuǎn)彎、退著飛，甚至還能在空中盤(pán)轉(zhuǎn)翻筋斗。這些復(fù)雜、高難度的飛行動(dòng)作中的物理學(xué)原理一直讓科學(xué)家們捉摸不透。迄今為止，人造飛行器都無(wú)法完美呈現(xiàn)出這些高難度飛行動(dòng)作。