⑴ 高分求:鳥的飛翔詳細動作圖
鳥類怎樣飛翔
鳥類有了完美的飛行器官——翅膀和尾,身體的結構和功能也都為飛行做好了充分的准備。那麼,鳥又是怎樣騰空而起、翱翔藍天的呢?
鳥類翅膀的構造,十分符合氣體力學原理。它不僅是流線型,穿過空氣時阻力很小,而且它的橫切面成彎形,可以產生升力,維持它在空中不掉下來。空氣流過翼面前緣和凸起的上面時,就會增加流速。物理學上的柏諾利定律告訴我們:液流中速度最大之處壓力最小,於是造成翼面上方壓力降低;而在這時,在凹下的翼底處,空氣壓力則仍然保持正常。由於翼上翼下兩面壓力的差異,就產生升力。正如飛機一樣,翼上的縫槽和襟翼可以用來增減升力。鳥翼有許多不同類型,反映出它們在不同環境下的適應結果。例如居住在廣闊空間的海鷗,雙翼已進化為輕而窄長,以便在氣流中乘風飄舉;與之相反,鴿子的生活環境較為狹窄,不大能依靠這種氣流來滑翔和飄舉,因此它就生有一雙肌肉結實的短翼,使它成為靠自己力量鼓翼前進的飛行者。
鳥翼的表面積和上升的力度成正比。翼的表面積大小,因鳥的種類不同而有差異,也與鳥翼的展開或折疊程度有關系。當氣流速度增加時,上升力也增強,上升力與氣流速度平方成正比。當鳥在緩慢飛行、或起飛或降落時,要增強上升力,可用另外方法達到目的。例如,將翼傾斜,使前緣提高,增加迎風角度,這樣就增加了它的上升力。但是與此同時,翼上的表面也增加了上升的干擾氣流,這時候,翼上的羽毛分開而形成許多翼溝,使氣流很快流過,從而使干擾氣流消失,這樣就可以形成很大的上升力。某些鳥類在著陸時常展開尾羽,並向下彎曲,這是用以獲得額外的升力,起煞車作用。尾部的運動對於鳥體的升降和飛行的方向極為重要,當尾向上舉起時,由於空氣的反作用,鳥類的頭部和軀幹部也隨之上升。反之,尾羽向下,頭部和軀幹部也隨之下降。根據這種空氣作用的原理,鳥用擺動尾羽的方法,變換飛行方向。
鳥類的飛行技術是十分高明的,它可以在不同的環境中,施展不同的飛行技術,來適應多變的自然條件,歸納起來,鳥類大體可以分為三種飛行姿態。這三種飛行姿態不斷變換使用,使鳥類可以在空中自由飛翔,而成為藍天之驕子。
滑翔飛行 這可能是最早的鳥類飛行方式。例如始祖鳥等最初的古鳥,相信它們都是先爬到岩石上或樹上,然後展開雙翼投身而下。這種飛行方式,其它動物也會,如飛魚、飛蛙、飛鼠等,但它們是「不完全的飛行家」,就是說它們只會這一種飛行方式,而鳥類除了會滑翔之外,還掌握其他的飛行方式。在平時,我們能經常見到鳥的滑翔飛行,如雞類在著地前的一段滑翔、水禽掠過水面、燕子掠過低空等,都是常見的滑翔飛行。
在滑翔時,鳥翼產生少許的上升力,由於在空氣中滑降,這樣的滑翔結果,會越來越低。此時,如果鳥翼稍作變化,飛行高度可維持不變或升得更高。陸棲鳥類,例如兀鷹,在溫暖上升的氣流中,或是鄰近傾斜氣流的懸岩處盤旋飛翔,叫「靜態滑翔」,它們的翼短而寬,雖已具有產生升力的足夠的表面,卻更適合變化不定的氣流,來完成上升運動。它們飛翔很慢,上升力來自翼上(特別是靠近末端之處)的翼溝。
海鳥類利用海面上空隨著高度而增速的氣流,多用動態滑翔。由於摩擦作用,海面為氣流速度最小之處,鳥類由高空隨風迅速滑降,接近海面時就在風中盤旋,利用滑翔的慣性來維持其高度,然後又借著逐漸加快的氣流,而增加其上升力,再回到原來的高度,這一類的鳥都具有長而狹窄的翼。滑翔雖然可節省體力,但是滑翔一段距離之後就必須再拍翼,否則,由於受地心引力和空氣的影響,鳥就會掉下來。
鼓翼飛行 這是最普通的飛行方式,也是常見的鳥類飛行姿勢。鼓翼飛行時,兩翼上下運動,動作十分協調,可用最小的能量達到最大的速度。
鼓翼飛行與飛羽的配置有密切關系。飛羽的外翈較窄,而內翈較寬,展翼時,外翈僅覆蓋在鄰近飛羽內翈的邊緣上。由於飛羽的這種排列,以及每根飛羽略有旋轉的能力,所以當鳥翼上升時,空氣能在飛羽間的間隙內自由通過,大大減少阻力,而不會迫使鳥體下降;當鳥翼下降時,飛羽形成一個互相連接的表面,氣體不能通過翼面,因而造成相當大的阻力,這樣,可使鳥體懸浮於空氣中而不墜落。
鳥鼓動翅膀作水平飛行,並從上向下鼓動兩翼,如果它的兩翼運動路線是向下傾斜,這個時候是升力和拉力起作用。兩翼向上揚起的時候,它運動路線是向上傾斜的,這個時候是升力和正面阻力起作用,於是飛行變慢。如果升力與體重相等的話,鳥就保持著飛行的水平方向。如果升力超過體重,鳥體就上升。如果升力比體重小,鳥體就慢慢下降,在這個時候,就需要增加鼓動兩翼的次數,加速飛行,藉以增強升力。
前面已經談到,升力的大小與翅膀的面積有關,同時也與飛行速度有關。因此,跟體重比較起來,翅膀較小的鳥,飛得較慢;翅膀較大的鳥,飛得較快。體形越小的鳥鼓動兩翼的次數就越多。例如海鷗的翅膀比鶴小,所以海鷗每秒鍾鼓翼的次數比鶴多。前者每秒鍾為3~4次;後者每秒鍾一次就夠了。
鳥類鼓動兩翼要消耗很多的能量,小鳥的肌肉發達,可作頻繁的鼓翼飛行。大鳥肌肉與小鳥肌肉相對來說就少些,用作鼓動翅膀的力量較小。因此,中等大小的鳥和大鳥就利用比較經濟節能的飛行辦法——半翱翔式的飛行。與小鳥相比,它只需消耗2/3的肌肉能量,甚至有時僅需1/3。如海鷗在飛行時,它輕輕放下翅膀,讓生有初級飛羽的指骨和掌骨的前緣往下垂,通過這種姿勢產生了向前的拉力,因翼具凸出面,氣流加快,增加升力,海鷗稍將翼揚起,空氣就把翅膀吹起,同時也把鳥的身體一同帶起,這樣兩翼所產生的作用,差不多是基本不消耗肌肉的力量。作這樣的飛行時,兩翼鼓動的次數少,兩翼抬高不大,放下也不很低,因而比較省力。經常作這種飛行的鳥類,相關的肌肉組織極不發達。海鷗抬起翅膀的鎖骨下方肌肉,比放下翅膀的胸部大肌肉的重量相差12倍,僅等於全身重量的1.1%。雉雞飛行時頻頻鼓動兩翼,所以它們鎖骨下方肌肉很發達,僅與胸部大肌肉相差3倍,約等於全身重量的5%。
翱翔飛行 這是一種特殊的飛行方式,與鼓翼飛行相反,它是利用空氣中的氣流運動來飛行的。我們知道,冬天陸地比海洋冷得快,所以,大陸上的寒風不斷向東南海面吹去,夏天又由海面吹向陸地。除此之外,山脈與河流、沙地與湖泊、鬧市與曠野,農田與森林等環境的不同,空氣冷暖的程度也不一樣,而因形成不同環境之間的氣流移動。鳥類就利用自然界經常存在的氣流作為動力,來作翱翔飛行。有時候,我們能看到海鷗在雷雨到來之前的海面上,翱翔於黑雲低垂的空中,這時候它就是利用雷雨前的上升氣流翱翔的。
但是,這種適合鳥類翱翔的氣流動力條件,並不是任何時候、任何地方都有。只有上升的氣流動力能夠支持鳥的體重時,鳥才能翱翔,所以,我們只能在森林的空曠地帶上空看到鳶在自由地翱翔,而不能在森林的上空看見它翱翔。
翱翔是一種特化的飛行技巧。這種飛行能有效地利用上升的氣流,長時間不用拍翼。美國賓西法尼亞州的鷹隼山,在秋季的周末,經常都會有數以百計的人專程前來觀看那鷹、隼作乘風表演。若是刮西北風,在迎風斜坡產生一股強烈的向上氣流時,那些鳥就會直線地沿著山脊排成直行滑飛。觀察者在已測定距離的兩個地點為它們計時。他們看到一隻鶚,沿著風脊以時速129公里的速度乘風翱翔,無須拍動雙翼。在風和日麗的溫暖日子,當暖氣流由熱的地面升起,而產生「直升風」的時候,觀察者可以看到真正乘風翱翔的精彩表演——紅尾雕、兀鷲以及其它鷹類此時都會在上升的氣流柱上像滑翔機一樣優雅地轉大圈。
大陸上空空氣流動的性質與海洋上空空氣流動的性質完全不同。在大陸上空,主要是比較穩定的熱力上升氣流。在海洋上空主要是動力上升氣流。因為這個原因,大陸上的鳥與海洋上的鳥的翱翔性質和飛行器官的構造都不一樣。大鷲、老鷹、鳶等的翅膀寬而有力,適於在安靜的熱力上升氣流中翱翔,對於急動的、時刻變化的氣流動力,就不能適應了。信天翁的翼長而狹窄,面積較小,對於海洋的多變氣流能夠得心應手,而對於安靜的上升氣流就不能適應。
鳥類的飛行,從適應性來說,的確是非常復雜的,鳥類的身體有復雜的杠桿系統,能極精確而又靈活地自由調節以適應各種不同氣流的飛行運動。鳥類的飛行本領,是遺傳的,當雛鳥剛剛出巢,就已經能夠進行初步的飛行了。
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