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上课铃声响起,你端正地坐在座位上,准备打开书本,突然发现一个蒲公英种子落在了你的书皮上,它小小的身子吸引了你的目光。你开始仔细端详它,发现种子上有很多根白色的丝状体。你看着它,有了这样的疑问:它从何处而来?又是怎么从窗口飘荡到远处的教室里的?
咳咳,这个与蒲公英种子的文艺奇遇到此为止,让我们用严谨的科学来解决你的疑问。
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首先,它从何处而来?当然是从一株白色又毛绒绒的蒲公英上分离出来的了。但这个不是重点,重点是它是如何飘荡到远处的?
近日,英国爱丁堡大学的一个研究团队揭示了蒲公英“飞行千里”的秘密:在每个蒲公英种子羽状物的上方,会形成一种特殊的结构,这种特殊结构可以帮助蒲公英在空中停留更长的时间,因此飞得更远。
在讨论蒲公英种子如何飘荡之前,我们先来看看它的构造。科学家们发现,蒲公英种子上的白色丝状体每根大约有7.4毫米长,16.3微米宽,而且它的孔隙率接近92%,这意味着这些丝状物里大部分都填满了空气。
接下来,研究人员将蒲公英种子放在了风向为自下而上的一个垂直风口上,并控制风量使蒲公英种子悬停在一个固定高度,以便观察蒲公英种子在漂浮时周围气流的变化。
研究人员惊奇地发现,当空气穿过蒲公英丝状物上的孔隙时,由于特殊的孔隙率、丝状物之间的特定间距及附近空气的作用,在丝状物的上部会形成一个稳定的、循环流动着的特殊气泡,研究人员称其为分离涡环。
分离涡环里不停循环流动的空气在蒲公英种子的正上方形成了一小块低压区域,和丝状物下方区域形成压力差,进而产生与重力方向相反的阻力,减缓了蒲公英种子在空气中的下降速度,蒲公英种子才能长途飞行。
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此前研究认为,分离涡环在自然界中是很难真实存在的,是什么让蒲公英可以维持分离涡环呢?为了解答这个问题,研究团队用硅盘制作了一系列的蒲公英种子模型,这些硅盘的孔隙率从0%到92%不等。当研究人员在垂直风口中测试这些硅盘时,发现只有最接近蒲公英种子孔隙率的硅盘才能维持分离涡环。如果孔隙率比蒲公英种子少了10%,分离涡环就极其不稳定。
蒲公英种子特殊的丝状物和孔隙率,让它占据了大自然“最佳飞行员”的一个席位,同时也给我们研发小型无人机提供了帮助。开发人员可以制造出类似蒲公英特殊结构的无人机,它几乎不耗电,仅靠风力就能在空中稳定飞行。这种巧妙的飞行方式可以最大限度地降低能源成本,节省资源。


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蒲公英
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