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19世纪蒸汽机的发明,为飞机研制扫除了动力上的巨大障碍。1903年12月17日,美国自行车修理工莱特兄弟,经过对鸟类飞翔动物的长期观察和研究,制造了第一架动力飞机,取名“飞行者号”,在空中飞行40米,花了12秒,才宣告人类第一次载人飞行的成功。不过,飞起来了的飞机还是不能用于生产和生活,因为人们还无法控制它的升降和转向。可是鸟儿在空中能够自由飞行,为什么飞机不能呢?人们通过细致的观察鸟的飞行动作后发现:鸟在转向时,总是先把身体侧转,再借助升力转弯,否则就无法在较短的时间里转过较大的弯。于是,飞机设计专家在飞机的主机翼上装上一对活动方向相反的副翼:当一侧的副翼向上翻起时,另一侧总是向下翻起,空气对两侧机翼就会产生不同方向的力,使两侧的机翼一边向下一边向上,进入侧转状态,然后飞机就可以借助升力完成转向了。
随着飞机的应用日益广泛,不同用途的飞机通常需要不同的『性』能。民航客机、运输机、轰炸机需要很大的载重量,战斗机、侦察机需要很高的速度。科学家根据鸟的“赐教”,制造了各种各样不同『性』能的飞机:鹰,在飞行时把翅伸得又平又直,人们受此启发,给运输机等装上又宽又大的机翼,制成的运输机可载重近百吨;雨燕,在高速飞行时将双翼向后掠开,以减少阻力的做法,人们便将战斗机的机翼做成后掠式,这样的战斗机速度可以达到音速的两倍或三倍……
鹞是一种猛禽,形状像鹰,但比鹰小,在空中交替飞行,它时而悬停在高空,时而翻着筋斗,时而腾空飞窜,时而又俯冲而下,惊险而又灵活的飞行技巧,给人带来了许多启发。英国人模仿鹞,设计出了一种“鹞式战斗机”。这种飞机可以垂直起降,还能像“鹞”那样在空中低速飞行,就地转弯,倒退。甚至停在空中,这些“绝技”飞行是一般战斗机所无法进行的,而这种鹞式飞机精巧灵便,是人类研究和模仿鸟类制造出的最新成果。
信天翁是一种海鸟,飞行不像其他的鸟,要不停地扇动翅膀,忙得很。它依靠一对天生的宽大翅膀滑翔。科学家受此启发,研究制造了滑翔机。这种机器只要给它少许动力,让它舒展双翼,就能够在空中飘飞,可以用来载人或载物,实施海上救护等。
……
现代航空技术已飞速发展,先进的飞机时速可达3700千米,但飞机的飞行本领有许多方面仍不及飞鸟。有一种“军舰鸟”,它的翅膀骨骼仅有100克重,而两翅展开却有2米多长,因此,它飞行时消耗的能量和动力非常少。比“军舰鸟”更节省“燃料”的是一种叫作金『色』鹬的小鸟,它从加拿大越海连续飞到南美洲,行程3900千米,而体重只减轻60克。现代航空技术若能赶上这种效率,那么一架轻型飞机飞行30千米,只需耗用0。5升汽油,仅相当于目前用量的1/9。看来,我们需要从鸟身上学习的东西还有很多。伴随着仿生学的发展,未来新型飞机的设计将会增添奇光异彩。我们相信,蓝天中“银光闪闪的大铁鸟”家族也一定会越来越兴旺。
【小档案】
鸟的飞行也不是没有缺点的,甚至会犯错误。主要有这几种情况:一是飞行中常常出差错。每年都会有鸟与飞机或其他飞行器相撞的悲剧发生,说明它们在飞行中“刹车”的本领仍不过硬。还有的鸟会不慎落到池塘里,或者撞到树上。根据慢动作的影片映出的一群鸟类着陆情景,我们会发现,它们要靠摆动尾巴或像小孩坐滑雪小橇似的拖着一脚,作出最后的纠正。二是起飞的方式也不是每种鸟都相同,都轻松自如的。身体重的鸟需要很大的能量,像天鹅起飞时既要有一条跑道,同时又要用力扑打双翼,才能达到足够的速度离开地面。而且所有的大鸟都要迎着起飞,道理和飞机一样,增加和空气的相对速度,否则无法扶摇直上来完成飞天之旅。当然,从整体上讲,鸟类在飞行上的本领仍是大自然中最杰出的,鸟本来就应该属于蓝天。
第十五章 打开心灵的窗户——昆虫与照相仪器()
小问号
红的花、绿的草、蓝的天……五彩缤纷的大自然美景,让我们的眼睛『迷』恋,心灵沉醉。眼睛是“心灵的窗户”,人的喜怒哀乐透过眼睛这扇“窗户”能看得真真切切。昆虫的眼睛与人类的眼睛不同,许多昆虫都长着复眼,虽然我们无法了解它们的喜怒哀乐,但是揭开那无数颗小眼睛里隐藏的秘密,为人类研制高级照相仪器带来了许多好消息……
昆虫的眼睛结构应该说是大同小异,它们复眼的数量及形状却是千变万化。蜻蜓的头上长着一对很发达的眼睛,里面有许许多多六角形的小眼睛。这些眼睛,少的有1万多只以上,最多的达28000只。地下蚁的复眼比较少,只有6个。在显微镜下,复眼仿佛是许多六角形的美丽图案,既十分紧密地组合在一起,又非常有分寸地隔开。每个小眼都是1个传光系统和敏感的视觉细胞。每个小眼都针对不同的方向,反映的都是形象中的一个片段。所以在夏天,我们从蜻蜓的背后,蹑手蹑脚的去捕捉它,往往是无功而返,望“飞”兴叹!
提起苍蝇,我们往往会感到作呕。可是,这种喜欢追逐臭味的昆虫也不是一无是处,那对奇特的复眼就是由4000多个小眼构成的。它的眼睛几乎占据头的大半,虽然眼睛不能转动,可是这没关系,它的脖颈能自由转动,所以瞻前顾后,环视左右不但毫无问题,而且比人类观察四周情况还方面得多、准确得多。它利用这些小眼能把看到的物体形象迅速汇集起来,形成一幅完整的画面,并准确地判断物体与自己的距离、方位等。
科学家通过对蝇眼的研究,设计制造出“蝇眼”照相机。它的镜头是由1329块极其微小的透镜粘合而成的,一次能拍摄到1329张照片,分辨率高达4000长/厘米。通过这种照相机可以大量复制电子计算机精细的显微电路,帮助技术人员查找电路问题,还可以用来进行邮票印刷的制版工作。如果一块版上印几十枚邮票,那么一次拍照就足以制成一块版,而不需要像普通照相机那样,一张张地拍摄几十次呢!人类模仿蝇眼制造了“蝇眼透镜”,可以用来大量复制电子计算机的集成电路,大大加快了军用文书的复制和军用电子设备的生产速度。
蝇眼,帮助人类更新了立体电视的显示系统。立体电视制造初期,它的显示系统往往是用大量的圆柱形透镜,并排垂直于电视屏。可是,这种显示系统有明显缺陷,只要观众站在旁边观看,图像就不是立体的了。后来,电视制造专家借助仿生学家的研究成果,制造出一种很像蝇眼的复合透镜阵列,用三组这样的透镜安装在发『射』端,在接收端也有这一样一组透镜,所以不论从哪个角度来看电视,都是生动『逼』真的立体图像了。
科学家还发现,在夏日里喜欢打着“灯笼”漫步的萤火虫,也长着4000多只复眼。于是,人们仿照萤火虫的小眼排列方式制造了复眼透镜。这是一种新型的光学系统,可以应用于记录立体信息、激光制导等技术系统中。
打开“心灵的窗户”,研究昆虫复眼精巧的构造和特异功能,不断改进照相仪器,离不开昆虫复眼给我们的许多宝贵启示。现在,人类模仿昆虫复眼光学系统的结构研制的先进照相仪器,已广泛地运用于工业、卫生、航天、军事等领域。
【小档案】
第一架照相机诞生于18世纪中期。16世纪初,意大利画家根据“小孔成像”的原理,发明了一种“摄影暗箱”。著名画家达·芬奇曾在他的笔记里作过描述:当光线通过一座暗室壁上的小孔的时候,在对面的墙上就形成了一个倒立的像……接着,又有人对“摄影暗箱”进行了改进,为它增加了一块凹透镜,使倒立的像一下子变成正立的像,看上去舒服多了;后来,有人在墙上放上一块45度角的平面镜,使画面更清晰『逼』真……但是,这只是像的投影而不是照片。18世纪中期,一位名叫达孟尔的人发明了新型感光材料碘化银,用它作底片装在“摄影暗箱