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鸭子的两个“秘密武器”

2021-05-06纪中展

环球人物 2021年8期
关键词:反作用力作用力秘密武器

纪中展

阳春三月,南方春暖花开,北方仍春寒料峭。老纪有时出差,晨练绕着湖跑步,看到三五成群的鸭子在冰冷的池塘或江中游泳。它们时而把头潜入水中,时而又展翅在水中歌唱,仿佛在告诉人们寒冷的天气即将结束,春天就要来临。果然是“春江水暖鸭先知”。

鸭子既不怕冷,又能快速游行,这到底是怎么办到的?

首先,鸭子身上长满了浓密的羽毛,羽毛将空气贮存在其中,隔热保温,这就好比我们在寒冬里穿羽绒服保暖。另外,鸭子的皮下有层厚厚的脂肪,能防止体内热量散发,抵御寒冷。如此一来,鸭子的体温能维持在42摄氏度左右。

但这并没有解决人们的疑惑,即便鸭子身体上有厚厚的羽毛和脂肪,但它们却是光着脚的。在冰冷的水中泡了那么久,它们的脚不会冻伤吗?

如果我们用温暖的双手接触冰冷的水,手上的热量就会传递到水中,直到手和水的温度变得差不多。这是因为温度总是从高温物体向低温物体传递。聪明的鸭子进化出了一套“逆流热交换系统”,也就是帮鸭子降低脚上的温度,减小和冰水之间的温差。这样一来,鸭子不仅能光脚在冰水里游泳,还能光脚在冰面上奔跑。

解答了“不怕冷”这个疑惑,还有如何“游得快”的问题。

这就要提到鸭子的两个秘密武器。首先是鸭掌。鸭子的脚掌很特别,脚趾连在一起,中间的皮叫蹼,这样的脚像船桨一样划来划去,帮助鸭子在水里控制方向,飞快前进。鸭掌划水涉及牛顿第三定律,这是牛顿在1687年提出的科学理论,描述作用力和反作用力之间的关系。

你可以把作用力和反作用力想象成一对双胞胎,这对兄弟的大小、高矮、胖瘦一模一样,总是形影不离,会同时出现、同时消失。当它们出现时,会肩并肩站在同一条直线上。不过,它们又总闹别扭。一人向左跑,另一人就向右跑。但是,不管怎么跑,他们都不会离开这条直线。所以,作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,也作用在两个物体上。

当鸭子向后划水的时候,鸭掌给水一个向后的作用力,水也会给鸭掌一个向前的反作用力,这时,鸭子就会在反作用力的推动下前进。

人们受到鸭子的启发,发明了脚蹼。当海底工作者在进入海里的时候,脚上会戴上像鸭掌一样的脚蹼,这可以帮助他们在海里游得更快。

鸭子另一个秘密武器在它們的尾巴上。水禽在游泳时总会用嘴巴去啄自己的尾巴,然后把头在羽毛上擦来擦去。其实,它们的尾部有一个叫尾脂腺的特殊器官,可以分泌油脂。水禽啄尾巴,就是要把这些油脂涂在羽毛上。油脂在羽毛的表面形成了一层保护膜,可以把水和羽毛隔开,就像涂了一层润滑油,在这种情况下,它们的羽毛不会被水浸湿,就更容易浮在水面上了。

曾经风行大江南北的油纸伞也利用了这个原理,人们在纸上涂了桐油,这样就使得原本“怕水”的纸有了防水的效果。

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