大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于仿生家居设计鱼骨图案的问题,于是小编就整理了1个相关介绍仿生家居设计鱼骨图案的解答,让我们一起看看吧。
谢邀。
这是个很有意思的问题,正如题主所说,鱼类的在水中前行靠的就是左右摆尾,而海洋哺乳动物游泳的方式则是上下摆尾。那么是什么原因让它们有了这么大的区别呢?哪种效率更高一些呢?我们一一的来探讨一下。
鱼类是水生变温脊椎动物的总称,它们共同的特点是用鳃呼吸,用鱼鳍和躯干的摆动来游泳的。也就是说,鱼游泳靠的不是尾巴,而是身体的左右摆动。身体的左右摆动带动了尾部的摆动,所以我们看鱼游泳大都是左右摆尾的。
那么,为什么鱼类不靠上下摆动躯干来移动呢?原因有两点。
01 鱼的形态
现存的鱼类超过了三万多种,而且随着人类对海洋的探索,更多的鱼类逐渐的被发现。对比一下所有的鱼,我们可以发现一个共同的特点,那就是它的尾巴是垂直于水面生长的,既然垂直于水面,那么如果是在水下上下摆动的话,是不足以产生使鱼移动的反作用力的(受力面积小,产生的反作用力就小)。
这是原因之一。
02 鱼类的骨骼结构
是骨骼和肌肉问题!
鱼类天生骨骼是脊椎到尾鳍,肌肉也是从胸鳍一直延伸到尾部的,在摆动过程中肌肉整块发力活动,而且每节脊椎都能活动,再者从脊椎长出来的鱼鳍支撑骨是上下辐射长出,所以不能上下摆动。
反观海中哺乳类,后肢是双腿演化的“鳍”,哺乳类天生的多肌肉组织结构,天生的骨骼向前弯曲为最大幅度,还有在演化过程中用摆腿作为推进力都决定了海中哺乳类上下摆动最为合理。
以上纯属个人常识为基础分析所得原创结论,无任何抄袭和科学技术借鉴,不喜勿喷~
题主观察很细致,确实是这样。在水中左右摆尾前近的动物包括鱼类(比目鱼刚生下来也是左右摆尾前行的,长大了才躺下)和海洋爬行动物,它们长着与水面垂直的尾部;所有水生哺乳动物都长着水平的尾鳍,靠上下摆尾前行。这问题比较复杂,要解释清楚,咱得从远古开始说。
图:垂直尾鳍的鱼类和水平尾鳍的海豚
悲催的哺乳动物祖先
从二叠纪中期开始,合弓纲动物(只有一对颞颥孔,包括类哺乳爬行动物,也就是哺乳动物的祖先)开始衰落,最后只留下了原始哺乳动物这一根独苗。同时双弓类的爬行动物们却开始壮大,逐渐占领了海洋陆地和天空。哺乳动物祖先的生存空间疾速缩水,为了避免灭绝,它们只能缩小体形,昼伏夜出(恐龙家族夜间视力普遍不咋地),在爬行动物的阴影下艰难求生。
图:水龙兽,类哺乳爬行动物最后的辉煌
重返海洋
陆地脊椎动物中,爬行动物鱼龙率先返回了海洋。它们四肢长在身体两侧,并没有经历哺乳动物祖先那样的结构剧变,所以回到海洋的鱼龙和后来的沧龙等都延用了鱼类的设计,长出了与水面垂直的尾鳍,靠左右摆尾驱动。
图:鱼龙
等到6000万年前哺乳动物重返海洋时,由于它们的身体结构、行走模式已经发生了改变,所以它们延用了在陆地上奔跑的模式,演化出了平行于水面的尾鳍,继续靠上下摆动脊椎和尾椎驱动前行。
图:已灭绝的早期鲸类,龙王鲸
哺乳动物的内脏结构也不适于左右摆动身体。就说人类吧,咱们有5片肺叶,左二右三,左右摆动身体的话会压迫肺部,对呼吸造成影响。你试一下,屏住呼吸站在那里左右摆动上半身,你会感觉到气流在你两侧肺叶间来回流动。这并不会提高你的呼吸效率,反而会影响肺的充气和排气。
爬行动物中,恐龙“意识到了”这个缺陷,所以你看所有需要高速奔跑的恐龙都是两腿着地的,这样能避免身体左右摆动对呼吸的影响。
图:龙中博尔特,盗龙类
鱼类模式与海豚形式哪家强
原始鱼类的脊椎压根儿就没有上下摆动的功能,它们靠摆动体侧的两对鳍来解决俯仰问题。脊椎上下摆动的功能是两栖类开发出来的。就是说,鱼类几亿年都用左右摆动方式驱动并不是因为这模式有多强,而是在远古根据自身骨骼特点和肌肉分布情况做出的唯一可行选择。
图:鱼类始祖,文昌鱼
今天的海洋中,速度最快的生物——旗鱼是用左右摆尾模式前行的;食物链顶端的生物——虎鲸则是用上下摆尾的蝶泳方式前行的,所以很难说两种模式谁更先进,要我说,半斤八两。
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基本上,小鱼左右摆尾,大鱼上下摆尾,其中原因就在于重力的影响。下面我就从力学的角度,分析下两种摆尾游泳的方式,比较下游行的效率。
小鱼在水中游泳的时候,尾巴左右摆动,其受力如下图。有自身重力、水的浮力,前行阻力,以及推力。
左右摆动的方式,在鱼的尾部产生涡流,如下图,这个涡流才是让鱼前行的动力。很显然,鱼类想要游的更快,尾巴必须摆动的更加有力,产生的涡流更加明显,从而可以获得更大的前进力。
大鱼的游泳方式是向下摆尾,受力如下图。受到的力跟小鱼一样,也包含图示的四个力。
上下摆尾的游泳方式,对于涡流来讲,并无区别,尾部产生的涡流如下图。同样地,想要游的更快,尾巴必须摆动的更加有力。
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