動物課|蚊子是咋嗡嗡飛過來的？拍拍翅膀就行啦？不，這裡面還有大原理

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蚊子在昆蟲界中可是扮演著是可惡的吸血鬼和病菌攜帶者角色，但它們也有著迷人的氣動之謎。

簡單的說，它們的飛行行為很怪異。因為它們翅膀掃過的角度很小，僅44度——當然比它們稍大點的蜜蜂小飛將，翅膀掃過角度也不大，蜂兒們以一個大約80度的角移擺動翅膀。蚊子在空氣中也以驚人的頻率拍打翅膀，每秒大約800次。
但是奇怪的是，拍打翅膀究竟是怎麼轉化為飛行的呢？發表在自然雜誌上的一篇論文給出了一些答案。

「生物越小，它們往往擺動越快，」論文首席作者理查德·邦弗瑞說。鳥拍打翅膀的頻率總是比昆蟲少，越小的昆蟲拍打翅膀的頻率越高。雖然如此，如果只以尺寸來衡量，預計一隻蚊子翅膀拍打頻率僅為每秒200次。但實際上它的拍打頻率約是這個數值的4倍。
飛機需要一條長長的跑道和寬寬的固定翼來產生升力。高頻率、小角度意味著蚊子們並沒有使用和飛機升空類似的方法，那麼它們使用的究竟是什麼空氣動力學原理呢？
邦弗瑞和同事使用高速照相機以每秒10000幀的速度拍攝飛行中的蚊子。

例如，有個錄像顯示的一隻蚊子動作比正常速度慢667倍。錄像、加上計算機建模和飛行中蚊子周圍氣流的激光測量結果幫助展示，蚊子絕對可以從他們翅膀短暫輕微的拍打中獲得一切。
與其他昆蟲（包括不完全空氣動力的大黃蜂）一樣，蚊子利用了前緣渦流的優勢。那意味著它們向下拍打時，在翅膀的前面製造了一個小小的龍捲風。渦流中心的低壓幫助其產生升力，這樣當蚊子拍打翅膀時，低壓就可以發揮托起和移動蚊子的身體的作用。
但是單靠前緣渦流來解釋蚊子怎麼飛行是不夠的，當有情況發生時，蚊子會利用每一步拍打動作來幫助它們停留在空中。

在錄像記錄和計算機建模中，邦弗瑞發現，當蚊子將翅膀中間旋轉時，它們能夠利用所謂的旋轉阻力的機制來支撐它們的身體重量。
最後，當蚊子將翅膀收上來時，它們會循環利用翅膀合上時產生的尾流。它們以這樣一種運動方式來控制翅膀，即空氣經過翅膀時在翅膀背面生成更多的渦流，這就是所謂的後緣渦流。
「它的運行方式有點類似風力渦輪機。」邦弗瑞說，注意蚊子怎樣盡其所能地利用每一點能量。「尾跡中的能量將以其它方式流失。」他補充道。

為什麼蚊子進化出這樣一種持續能量密集型的飛行方式，而不是把更高效的飛行放在首位呢？
這仍然是一個有待研究者嘗試做出解答的問題，2009年科學雜誌中的一篇論文給出了一種可能性的答案，它提到了蚊子製造出的惱人的嗡嗡聲。
頻繁的拍打產生的全是嗡嗡聲——就像樂器上的弦音——雄蚊和雌蚊一般傾向於在不同的頻率上「哀鳴」，在這種生物進化過程中，它有可能通過高頻拍動產生一種悅耳的發聲特徵進行性別選擇。下一次當你要去拍下那煩人的嗡嗡聲製造者時，你想的自然會是這方面的事情。
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白公子的生物課，vita-force