漫漫细雨对我们来说也许是浪漫而惬意的象征,可你有没有想过,对体积微小的昆虫,譬如蚊子来说,雨中漫步简直就是一场灾难大片。一滴雨珠的重量可以达到蚊子体重的50倍之多,在蚊子眼中,我们口中的“毛毛雨”,不下于一辆辆甲壳虫汽车从天而降!可惜的是,在如此漫天高速飞落的“汽车雨”中,蚊子依然能够嗡嗡作响而毫发无损。是什么赋予了它们如此神通?
为了破解这一谜题,美国佐治亚理工学院的胡立德教授与美国疾病控制中心合作,对雨中飞舞的蚊子进行了高速摄像,以便仔细观察蚊子被雨滴击中瞬间的行为。研究员们采用了“水枪打蚊群”的策略,将数以百计的蚊子装入一个细高的透明容器中,从容器顶端用高速喷头向蚊群发射与自然界中雨滴速度相仿的“模拟雨滴”,以增加蚊子被“雨滴”击中的概率。
通过拍摄下的高速视频,研究人员分析并归纳了雨滴击中蚊子不同部位的各种情况,计算出了蚊子在遭遇雨滴的瞬间所受的作用力,以及其后随雨滴向下移动的距离。他们发现,蚊子不像有些推测人的那样能够躲避雨滴,但被雨滴击中的蚊子也不会受到冲击带来的伤害。蚊子的秘诀,就在于它们体重极轻。
研究小组发现,若是雨滴击中蚊子时,蚊子栖息于无法移动的地面上,雨滴的速度将瞬间减小为0,并施加等同于蚊子体重10000倍的力在蚊子身上,足以致命。而当蚊子在空中被击中并采用“不抵抗”策略时,蚊子受到的冲击力就减小为自重的50-300倍,只相当于在蚊子身上压了一根羽毛——这是蚊子所能够承受的。
虽说蚊子看似柔弱如风中浮萍被雨滴砸得摇晃不定,但正是由于蚊子的重量微不足道,在与雨水碰撞的过程中,雨滴几乎没有减速,动能并未转化为能量击打在蚊子身上,而是让蚊子瞬间加速,从而化解了高速下降的雨滴带来的巨大冲击。这就像是“以柔克刚”, 达到“四两拨千斤”的效果。
除了避免冲击带来的伤害,蚊子雨中求生的另一秘诀则是它们疏水性的细毛。覆满防水细毛的身体使得蚊子在随着雨滴下落的过程中与雨滴保持分隔状态,从而能够迅速摆脱雨滴重新飞起,在雨滴将它们砸落地面造成致命伤害前逃出生天。
在对自然界的应对之道上,动物往往有着比我们更丰富的经验,并在千万年的进化过程中发展出了适合它们生存环境的结构和功能。研究和模拟这些动物应对大自然的特殊本领,可以为我们的科学家和工程师提供新的设计思想,解决机械技术上的很多难题——比如,如何更好地设计微型飞行器,让它们能够像蚊子一样,在雨中轻盈地翱翔。