于是我们会惊叹,蚂蚁是昆虫界的大力士。如果蚂蚁继续变大10倍,恐怕蚂蚁想动一动都有困难。我们是回到蚂蚁的话题上来,针对蚂蚁展开一下分析。其实蚂蚁在同样体积的昆虫里,并不算是力气非常大的,大家都差不多。就拿蚂蚁的液压腿来作为研究的对象吧,因为如果蚂蚁想扛起很重的东西,一个强有力的液压腿是个基本保障。

蚂蚁为什么能举起比自身重几倍的物体?

蚂蚁为什么能举起比自身重几倍的物体

非常感谢我的小伙伴“科学探索菌 ”对老郭的厚爱、信任和邀请。有很多数据和图片都视乎在证明蚂蚁能举起比自身重很多倍、上百倍甚至上千倍的东西。然而我们人类能举起自身体重三倍的物体就已经是极限了。于是我们会惊叹,蚂蚁是昆虫界的大力士。然而真相并不如此、真正的原因来源于简单的几何原理,尺度变化带来的机械性能不同。

从几何原理我们可以知道,物体的尺寸发生变化时,如果以长度为基准去比较,当长度变化率为1%时,面积变化率为10%,而体积变化率为100%。当我们按比例放大或者是缩小一个物体的时候,它的物理性质就会跟原先的相比发生本质性的变化。当然了,我们这种放大和缩小,还都是在肉眼可见的范围内,不属于微观粒子领域的变化。

我们还是回到蚂蚁的话题上来,针对蚂蚁展开一下分析。科学家们对蚂蚁进行过认真的研究和分析,并且对多种昆虫进行了比较。其实蚂蚁在同样体积的昆虫里,并不算是力气非常大的,大家都差不多。蚂蚁在同类大小的昆虫里面并没有表现出超凡的大力士风采。为了解释这个问题,我们还需要回到几何原理上去分析。就拿蚂蚁的液压腿来作为研究的对象吧,因为如果蚂蚁想扛起很重的东西,一个强有力的液压腿是个基本保障。

我们现在都知道,液体内部的压力和压强的关系为F=PS,其中F为液体内部的压力,P为该处表面的液体内部压强,S为受力面积。现在我们给蚂蚁喝下一瓶神水,让蚂蚁的身体长大原来的1倍,假设这只蚂蚁原来5毫米长,现在为10毫米长,则它的液压面积增加原来的为10倍,体积增加100倍(当然了体重也会增加100倍)。

蚂蚁腿我们就按照这个比例等比例计算,在蚂蚁的肌肉强度不变的情况下,我们由压强和压力的关系公式可以知道,这个时候,它对外输出的力量,下降为原来的10%。如果原来这只蚂蚁能举起自己体重400倍的东西,现在只能举起自己体重40倍的东西。如果继续给蚂蚁喝神水,让蚂蚁的身体长度变为原来的10倍,也就是50毫米,同样道理,蚂蚁腿这个时候能输出的理论,只有原来的1%,如果之前这只蚂蚁能举起自己体重400倍的东西,现在只能举起自己体重4倍的东西。

我们可以看到,这个时候的蚂蚁力量输出能力已经跟人类比较接近了。如果蚂蚁继续变大10倍,恐怕蚂蚁想动一动都有困难。所以,具有蚂蚁同类结构的昆虫中,体长远远超过50毫米的非常少见。由此可见,在同样大小的情况下,蚂蚁的实际输出能力,是远远比不上作为哺乳动物的人类的。更要命的是,由于蚂蚁是特殊的外骨骼结构,很可能这种结构在自身质量的快速增加之下,自己就已经不能稳定的存在了。

到时候,我们会遇到的是一只一碰就漏掉的大蚂蚁,一动不动的躺在那,喘口气都费劲。实际上,目前世界上这种外骨骼结构的昆虫中,最大的是泰坦甲虫,这种虫子的成虫身体可以达到16.7厘米,如果包括其触角长度的话,可以达到约21厘米长,所以被称为世界上最大的昆虫。甲虫是鞘翅目昆虫的统称,属有翅亚纲、全变态类。泰坦甲虫拥有坚硬的外骨骼和强有力的下颚,据说它的下颚可以咬断一根铅笔,或是切入人类的皮肤。

好吧,看了这个虫子,老郭也感觉很恐怖,就此收手吧,就不发其它昆虫图片了。不过有一个好消息是,这种虫子不会主动攻击人类。总结,我们可以看到,一个简单的几何原理,却可以让生物体的行为表现发生极大的不同。蚂蚁表现出来的大力士现象并不奇怪。它们也只是因为体积比较小,而表现出来的跟个头大的生物之间的比较性差异而已,这也是为什么,我们从来没有见过非常大的昆虫的原因。


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