蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

現在,科學家們終於搞懂蜘蛛是怎麼飛行的了。加州大學的科學們假設,蜘蛛雖然沒有翅膀,但卻可以依靠自己吐出蛛絲的負電荷,以及地球大氣中的正電勢場形成的電場來飛行。

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

基於這一假設,研究團隊正經進行了受力分析和數值模擬,實驗結果發表在統計物理學、非線性物理領域的期刊Physical Review E上:

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

對此網友們熱烈討論,並表示:

蜘蛛統治世界的時代已經不遠了!

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不過在蜘蛛真的統治世界之前,還是讓我們先來看看它飛行的原理。

(本文不含任何蜘蛛高清圖,讀者可放心食用)

蜘蛛如何靠電場飛行?

首先,科學家們建立了一個包括粘性力、蛛絲、蜘蛛的重量和尺寸、靜電上升力、排斥力以及彈性彎曲力的三維數值模型,以探索蜘蛛蛛絲在氣流中的膨脹和展開的動力學。

如圖所示,一個吐出蛛絲的蜘蛛可以被簡化為這樣一個模型:

一個直徑2毫米左右的實心球體,頂部有2、4或8條距離十分接近(100微米)的絲線,開始為垂直方向,每根線都附有電荷。

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

關於絲線上是如何帶上靜電荷的,研究人員認為,這可能是在蜘蛛製作蛛絲的過程中迅速加載電荷,或在製作完成之後,吐絲時與氣流產生的摩擦。

為了研究流體結構與電場的相互作用,數值模擬涉及到三個部分:

  • 通過離散彈性棒 (DER)方法計算線的彈性變形,即彎曲、扭曲和拉伸等等

  • 阻力理論 (RFT)方法計算蜘蛛和絲線上的流體動力學的粘性力

  • 由大氣電位梯度和絲線電荷引起的靜電力

具體而言,在數值模擬中,蜘蛛被建模為一個彈性棒網絡。

其中一個節點x0代表蜘蛛身體,每條線有Nt個節點。對於一個有nt條線的蜘蛛,節點的總數是ntNt+1,兩個連續節點之間的向量是邊,每個線程由Nt條邊組成:

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

邊的拉伸、彎曲、旋轉則採用這樣一種框架來分析:

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

在模擬實驗中,蜘蛛從地面靜止,然後開始被電場“提起”。

帶電的、最初的絲線會附着在蜘蛛身上,絲線之間的相互排斥會導致它們在一段時間內分開。隨着蜘蛛向上加速,向下的阻力會增加,和蜘蛛本身的重力一起抵消向上的力。

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

最終,團隊中的研究人員Charbel Habchi下了定論:

我們認為,至少小型蜘蛛在沒有任何上升氣流幫助的情況下,完全可以通過電場懸浮。而體型較大的蜘蛛則需要向上氣流的推動。

我們認為,至少小型蜘蛛在沒有任何上升氣流幫助的情況下,完全可以通過電場懸浮。而體型較大的蜘蛛則需要向上氣流的推動。

對於這項研究,廣大網友身體力行地上演了一波真·震驚體。

我震驚地張大了嘴,但又害怕有一百隻小蜘蛛飛進來。

我震驚地張大了嘴,但又害怕有一百隻小蜘蛛飛進來。

巨大的蜘蛛群籠罩並襲擊了整個北喬治亞區和周邊地區。這真是個不錯的科幻概念。

巨大的蜘蛛群籠罩並襲擊了整個北喬治亞區和周邊地區。這真是個不錯的科幻概念。

下面有人回復道:別再說了,我要yue了……

而星球大戰梗也雖遲但到:

所以蜘蛛會使用原力。

所以蜘蛛會使用原力。

蜘蛛僅靠電場就能起飛 連風都不需要

論文:

https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.105.034401

參考鏈接:

[1]https://physics.aps.org/articles/v15/31

[2]https://www.reddit.com/r/science/comments/takn5y/spiders_use_electric_fields_to_fly_and_we_may/

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上一篇 2022-03-19 18:01
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