蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)課件

仿生學(xué)李辰婧仿生學(xué)李辰婧1中文名稱(chēng)：仿生學(xué)英文名稱(chēng)：bionics定義：涵蓋生物電子學(xué)、生物傳感器、生物仿真材料、生物物理學(xué)、生物電機(jī)和生物大分子的自裝配等的一門(mén)交叉學(xué)科。主要是研究和建立一類(lèi)人工系統(tǒng)，使之具有生命系統(tǒng)的某些特性。應(yīng)用學(xué)科：生物化學(xué)與分子生物學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；方法與技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）中文名稱(chēng)：2昆蟲(chóng)類(lèi)昆蟲(chóng)類(lèi)3

五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翊在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)。科學(xué)家通過(guò)對(duì)蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來(lái)了極大的稗益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)偽裝缺乏認(rèn)識(shí)的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費(fèi)盡心機(jī)，但列寧格勒的軍事基地仍然無(wú)恙，為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開(kāi)合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。蝴蝶五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，4

五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翊在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)。科學(xué)家通過(guò)對(duì)蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來(lái)了極大的稗益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)偽裝缺乏認(rèn)識(shí)的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費(fèi)盡心機(jī)，但列寧格勒的軍事基地仍然無(wú)恙，為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開(kāi)合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。蜂類(lèi)五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，5甲蟲(chóng)自衛(wèi)時(shí)，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害?？茖W(xué)家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲(chóng)體內(nèi)有3個(gè)小室，分別儲(chǔ)有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中。二戰(zhàn)期間，德國(guó)納粹為了戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，據(jù)此機(jī)理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝在飛航式導(dǎo)彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國(guó)倫敦在受其轟炸時(shí)損失慘重。美國(guó)軍事專(zhuān)家受甲蟲(chóng)噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個(gè)隔開(kāi)的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，在到達(dá)目標(biāo)的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，安全且不易失效。螢火蟲(chóng)可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。人們模仿螢火蟲(chóng)的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。另外，根據(jù)甲蟲(chóng)的視動(dòng)反應(yīng)機(jī)制研制成功的空對(duì)地速度計(jì)已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中。甲蟲(chóng)甲蟲(chóng)自衛(wèi)時(shí)，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷6蜻蜓通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)髿獾木植坎环€(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來(lái)使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72公里/小時(shí)。此外，蜻蜓的飛行行為簡(jiǎn)單，僅靠?jī)蓪?duì)翅膀不停地拍打?？茖W(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起劇烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時(shí)安然無(wú)恙，于是人們效仿蜻蜓在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動(dòng)這個(gè)令人棘手的問(wèn)題。為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動(dòng)力學(xué)以及其飛行的效率，一個(gè)四葉驅(qū)動(dòng)，用遠(yuǎn)程水平儀控制的機(jī)動(dòng)機(jī)翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風(fēng)洞內(nèi)測(cè)試了各項(xiàng)飛行參數(shù)。第二個(gè)模型試圖安裝一個(gè)以更快頻率飛行的翅膀，達(dá)到每秒18次震動(dòng)的速度。有特色的是，這個(gè)模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對(duì)機(jī)翼之間相差的裝置。研究的中心和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，是要研究使用“翅膀”驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)表現(xiàn)，以及與傳統(tǒng)的螺旋推動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)效率的比較等等。

蜻蜓蜻蜓通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)髿獾木植坎环€(wěn)7家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被人類(lèi)抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設(shè)想到了每一種情況，非常小心，并能快速移動(dòng)。那么，它是怎么做到的呢？昆蟲(chóng)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對(duì)平衡棒。當(dāng)它飛行時(shí)，平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向，是保持蒼蠅身體平衡導(dǎo)航儀?？茖W(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀，大在改進(jìn)了飛機(jī)的飛行性能，可使飛機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行，在機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡，即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬(wàn)無(wú)一失。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個(gè)可獨(dú)立成像的單眼，能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機(jī)，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用。蒼蠅的嗅覺(jué)特別靈敏并能對(duì)數(shù)十種氣味進(jìn)行快速分析且可立即作出反應(yīng)?？茖W(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)，把各種化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電脈沖的方式，制成了十分靈敏的小型氣體分析儀，目前已廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場(chǎng)所來(lái)檢測(cè)氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準(zhǔn)確、可靠。蒼蠅家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被8

自從人類(lèi)發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒(méi)有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢?人類(lèi)又把目光投向了大自然。在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲(chóng)和魚(yú)類(lèi)等，而且這些動(dòng)物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱(chēng)為“冷光?！痹诒姸嗟陌l(fā)光動(dòng)物中，螢火蟲(chóng)是其中的一類(lèi)。螢火蟲(chóng)約有1500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲(chóng)發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類(lèi)的眼睛，光的強(qiáng)度也比較高。因此，生物光是一種人類(lèi)理想的光?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲(chóng)的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲(chóng)的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過(guò)程。早在40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲(chóng)的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類(lèi)的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來(lái)，科學(xué)家先是從螢火蟲(chóng)的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來(lái)又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒(méi)有電源，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。現(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類(lèi)似生物光的冷光，作為安全照明用。螢火蟲(chóng)自從人類(lèi)發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈9水族類(lèi)水族類(lèi)10

自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚(yú)類(lèi)就有500余種。人們將這些能放電的魚(yú)，統(tǒng)稱(chēng)為“電魚(yú)”。各種電魚(yú)放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強(qiáng)的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱(chēng)得上電擊冠軍,據(jù)說(shuō)它能擊斃像馬那樣的大動(dòng)物。電魚(yú)放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過(guò)對(duì)電魚(yú)的解剖研究，終于發(fā)現(xiàn)在電魚(yú)體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器官是由許多叫電板或電盤(pán)的半透明的盤(pán)形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚(yú)的種類(lèi)不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬(wàn)塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬(wàn)塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。電魚(yú)這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚(yú)發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上最早的伏特電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚(yú)的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的,所以把它叫做“人造電器官”。對(duì)電魚(yú)的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚(yú)的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動(dòng)力問(wèn)題便能得到很好的解決。電魚(yú)自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚(yú)類(lèi)就有5011

在自然界中，水母，早在5億多年前，它們就已經(jīng)在海水里生活了?！暗?，水母跟順風(fēng)耳又有什么關(guān)系呢？”人們肯定會(huì)問(wèn)這樣一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)?，水母在風(fēng)暴來(lái)臨之前，就會(huì)成群結(jié)隊(duì)地游向大海，就預(yù)示風(fēng)暴即將來(lái)臨。但是，這又與“順風(fēng)耳”有什么關(guān)系呢？原來(lái)，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波（頻率為8～13赫茲），是風(fēng)暴來(lái)臨之前的預(yù)告。這種次聲波，人耳是聽(tīng)不到的，而對(duì)水母來(lái)說(shuō)卻是易如反掌?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵里長(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有塊小小的聽(tīng)石?？茖W(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。水母在自然界中，水母，早在5億多年前，它們就已經(jīng)在海12其它其它13

蛋殼呈拱形，跨度大，包括許多力學(xué)原理。雖然它只有2mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類(lèi)建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少，跨度大，堅(jiān)固耐用。薄殼建筑也并非都是拱形，舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)蛋殼呈拱形，跨度大，包括許多力學(xué)原理。雖然它只有14

長(zhǎng)頸鹿之所以能將血液通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的頸輸送到頭部，是由于長(zhǎng)頸鹿的血壓很高。據(jù)測(cè)定，長(zhǎng)頸鹿的血壓比人的正常血壓高出2倍。這樣高的血壓為什么不會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)頸鹿患腦溢血而死亡呢？這和長(zhǎng)頸鹿身體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，長(zhǎng)頸鹿血管周?chē)募∪夥浅０l(fā)達(dá)，能壓縮血管，控制血流量；同時(shí)長(zhǎng)頸鹿腿部及全身的皮膚和筋膜繃得很緊，利于下肢的血液向上回流?？茖W(xué)家由此受到啟示，在訓(xùn)練宇航員對(duì)，設(shè)置一種特殊器械，讓宇航員利用這種器械每天鍛煉幾小時(shí)，以防止宇航員血管周?chē)∪馔嘶?；在宇宙飛船升空時(shí)，科學(xué)家根據(jù)長(zhǎng)頸鹿利用緊繃的皮膚可控制血管壓力的原理，研制了飛行服——“抗荷服”。抗荷服上安有充氣裝置，隨著飛船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的氣體，從而對(duì)血管產(chǎn)生一定的壓力，使宇航員的血壓保持正常。同時(shí)，宇航員腹部以下部位是套入抽去空氣的密封裝置中的，這樣可以減小宇航員腿部的血壓，利于身體上部的血液向下肢輸技能訓(xùn)練長(zhǎng)頸鹿——宇航員失重現(xiàn)像長(zhǎng)頸鹿之所以能將血液通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的頸輸送到頭部，是由于15

自古以來(lái)，自然界就是人類(lèi)各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。種類(lèi)繁多的生物界經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程，使它們能適應(yīng)環(huán)境的變化，從而得到生存和發(fā)展。勞動(dòng)創(chuàng)造了人類(lèi)。人類(lèi)以自己直立的身軀、能勞動(dòng)的雙手、交流情感和思想的語(yǔ)言，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，促進(jìn)了神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦獲得了高度發(fā)展。因此，人類(lèi)無(wú)與倫比的能力和智慧遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生物界的所有類(lèi)群。人類(lèi)通過(guò)勞動(dòng)運(yùn)用聰明的才智和靈巧的雙手制造工具，從而在自然界里獲得更大自由。人類(lèi)的智慧不僅僅停留在觀察和認(rèn)識(shí)生物界上，而且還運(yùn)用人類(lèi)所獨(dú)有的思維和設(shè)計(jì)能力模仿生物，通過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)增加自己的本領(lǐng)。魚(yú)兒在水中有自由來(lái)去的本領(lǐng)，人們就模仿魚(yú)類(lèi)的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時(shí)期，我國(guó)古代勞動(dòng)人民觀察魚(yú)在水中用尾巴的搖擺而游動(dòng)、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過(guò)反復(fù)的觀察、模仿和實(shí)踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動(dòng)力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。

鳥(niǎo)兒展翅可在空中自由飛翔。據(jù)《韓非子》記載魯班用竹木作鳥(niǎo)“成而飛之，三日不下”。然而人們更希望仿制鳥(niǎo)兒的雙翅使自己也飛翔在空中。早在四百多年前，意大利人利奧那多·達(dá)·芬奇和他的助手對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行仔細(xì)的解剖，研究鳥(niǎo)的身體結(jié)構(gòu)并認(rèn)真觀察鳥(niǎo)類(lèi)的飛行。設(shè)計(jì)和制造了一架撲翼機(jī)，這是世界上第一架人造飛行器。以上這些模仿生物構(gòu)造和功能的發(fā)明與嘗試，可以認(rèn)為是人類(lèi)仿生學(xué)的先驅(qū)，也是仿生學(xué)的萌芽。人類(lèi)仿生學(xué)起源自古以來(lái)，自然界就是人類(lèi)各種技術(shù)思想、工程原理16TheendTheend17仿生學(xué)李辰婧仿生學(xué)李辰婧18中文名稱(chēng)：仿生學(xué)英文名稱(chēng)：bionics定義：涵蓋生物電子學(xué)、生物傳感器、生物仿真材料、生物物理學(xué)、生物電機(jī)和生物大分子的自裝配等的一門(mén)交叉學(xué)科。主要是研究和建立一類(lèi)人工系統(tǒng)，使之具有生命系統(tǒng)的某些特性。應(yīng)用學(xué)科：生物化學(xué)與分子生物學(xué)（一級(jí)學(xué)科）；方法與技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）中文名稱(chēng)：19昆蟲(chóng)類(lèi)昆蟲(chóng)類(lèi)20

五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翊在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)?？茖W(xué)家通過(guò)對(duì)蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來(lái)了極大的稗益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)偽裝缺乏認(rèn)識(shí)的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費(fèi)盡心機(jī)，但列寧格勒的軍事基地仍然無(wú)恙，為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開(kāi)合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。蝴蝶五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，21

五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，尤其是螢光翼鳳蝶，其后翊在陽(yáng)光下時(shí)而金黃，時(shí)而翠綠，有時(shí)還由紫變藍(lán)?？茖W(xué)家通過(guò)對(duì)蝴蝶色彩的研究，為軍事防御帶來(lái)了極大的稗益。在二戰(zhàn)期間，德軍包圍了列寧格勒，企圖用轟炸機(jī)摧毀其軍事目標(biāo)和其他防御設(shè)施。蘇聯(lián)昆蟲(chóng)學(xué)家施萬(wàn)維奇根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)偽裝缺乏認(rèn)識(shí)的情況，提出利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，在軍事設(shè)施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝。因此，盡管德軍費(fèi)盡心機(jī)，但列寧格勒的軍事基地仍然無(wú)恙，為贏得最后的勝利奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)同樣的原理，后來(lái)人們還生產(chǎn)出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中的傷亡。人造衛(wèi)星在太空中由于位置的不斷變化可引起溫度驟然變化，有時(shí)溫差可高達(dá)兩、三百度，嚴(yán)重影響許多儀器的正常工作?？茖W(xué)家們受蝴蝶身上的鱗片會(huì)隨陽(yáng)光的照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的啟發(fā)，將人造衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)制成了葉片反兩面輻射、散熱能力相差很大的百葉窗樣式，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝有對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化可調(diào)節(jié)窗的開(kāi)合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定，解決了航天事業(yè)中的一大難題。蜂類(lèi)五彩的蝴蝶顏色粲然，如重月紋鳳蝶、褐脈金斑蝶等，22甲蟲(chóng)自衛(wèi)時(shí)，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷惑、刺激和驚嚇敵害?？茖W(xué)家將其解剖后發(fā)現(xiàn)甲蟲(chóng)體內(nèi)有3個(gè)小室，分別儲(chǔ)有二元酚溶液、雙氧水和生物酶。二元酚和雙氧水流到第三小室與生物酶混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瞬間就成為100℃的毒液，并迅速射出。這種原理目前已應(yīng)用于軍事技術(shù)中。二戰(zhàn)期間，德國(guó)納粹為了戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，據(jù)此機(jī)理制造出了一種功率極大且性能安全可靠的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝在飛航式導(dǎo)彈上，使之飛行速度加快，安全穩(wěn)定，命中率提高，英國(guó)倫敦在受其轟炸時(shí)損失慘重。美國(guó)軍事專(zhuān)家受甲蟲(chóng)噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器。這種武器將兩種或多種能產(chǎn)生毒劑的化學(xué)物質(zhì)分裝在兩個(gè)隔開(kāi)的容器中，炮彈發(fā)射后隔膜破裂，兩種毒劑中間體在彈體飛行的8—10秒內(nèi)混合并發(fā)生反應(yīng)，在到達(dá)目標(biāo)的瞬間生成致命的毒劑以殺傷敵人。它們易于生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸，安全且不易失效。螢火蟲(chóng)可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能，且轉(zhuǎn)化效率達(dá)100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。人們模仿螢火蟲(chóng)的發(fā)光原理制成的冷光源可將發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。另外，根據(jù)甲蟲(chóng)的視動(dòng)反應(yīng)機(jī)制研制成功的空對(duì)地速度計(jì)已成功地應(yīng)用于航空事業(yè)中。甲蟲(chóng)甲蟲(chóng)自衛(wèi)時(shí)，可噴射出具有惡臭的高溫液體“炮彈”，以迷23蜻蜓通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)髿獾木植坎环€(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來(lái)使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72公里/小時(shí)。此外，蜻蜓的飛行行為簡(jiǎn)單，僅靠?jī)蓪?duì)翅膀不停地拍打?？茖W(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起劇烈振動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飛行時(shí)安然無(wú)恙，于是人們效仿蜻蜓在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動(dòng)這個(gè)令人棘手的問(wèn)題。為了研究滑翔飛行和碰撞的空氣動(dòng)力學(xué)以及其飛行的效率，一個(gè)四葉驅(qū)動(dòng)，用遠(yuǎn)程水平儀控制的機(jī)動(dòng)機(jī)翼（翅膀）模型被研制，并第一次在風(fēng)洞內(nèi)測(cè)試了各項(xiàng)飛行參數(shù)。第二個(gè)模型試圖安裝一個(gè)以更快頻率飛行的翅膀，達(dá)到每秒18次震動(dòng)的速度。有特色的是，這個(gè)模型采用了可變可調(diào)節(jié)前后兩對(duì)機(jī)翼之間相差的裝置。研究的中心和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，是要研究使用“翅膀”驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)表現(xiàn)，以及與傳統(tǒng)的螺旋推動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)效率的比較等等。

蜻蜓蜻蜓通過(guò)翅膀振動(dòng)可產(chǎn)生不同于周?chē)髿獾木植坎环€(wěn)24家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被人類(lèi)抓住。即使在它的后面也很難接近它。它設(shè)想到了每一種情況，非常小心，并能快速移動(dòng)。那么，它是怎么做到的呢？昆蟲(chóng)學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，蒼蠅的后翅退化成一對(duì)平衡棒。當(dāng)它飛行時(shí)，平衡棒以一定的頻率進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，可以調(diào)節(jié)翅膀的運(yùn)動(dòng)方向，是保持蒼蠅身體平衡導(dǎo)航儀。科學(xué)家據(jù)此原理研制成一代新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀，大在改進(jìn)了飛機(jī)的飛行性能，可使飛機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行，在機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡，即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬(wàn)無(wú)一失。蒼蠅的復(fù)眼包含4000個(gè)可獨(dú)立成像的單眼，能看清幾乎360度范圍內(nèi)的物體。在蠅眼的啟示下，人們制成了由1329塊小透鏡組成的一次可拍1329張高分辨率照片的蠅眼照像機(jī)，在軍事、醫(yī)學(xué)、航空、航天上被廣泛應(yīng)用。蒼蠅的嗅覺(jué)特別靈敏并能對(duì)數(shù)十種氣味進(jìn)行快速分析且可立即作出反應(yīng)?？茖W(xué)家根據(jù)蒼蠅嗅覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)，把各種化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成電脈沖的方式，制成了十分靈敏的小型氣體分析儀，目前已廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、潛艇和礦井等場(chǎng)所來(lái)檢測(cè)氣體成分，使科研、生產(chǎn)的安全系數(shù)更為準(zhǔn)確、可靠。蒼蠅家蠅的特別之處在于它的快速的飛行技術(shù)，這使得它很難被25

自從人類(lèi)發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒(méi)有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢?人類(lèi)又把目光投向了大自然。在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲(chóng)和魚(yú)類(lèi)等，而且這些動(dòng)物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱(chēng)為“冷光?！痹诒姸嗟陌l(fā)光動(dòng)物中，螢火蟲(chóng)是其中的一類(lèi)。螢火蟲(chóng)約有1500種,它們發(fā)出的冷光的顏色有黃綠色、橙色，光的亮度也各不相同。螢火蟲(chóng)發(fā)出冷光不僅具有很高的發(fā)光效率，而且發(fā)出的冷光一般都很柔和，很適合人類(lèi)的眼睛，光的強(qiáng)度也比較高。因此，生物光是一種人類(lèi)理想的光?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲(chóng)的發(fā)光器位于腹部。這個(gè)發(fā)光器由發(fā)光層、透明層和反射層三部分組成。發(fā)光層擁有幾千個(gè)發(fā)光細(xì)胞，它們都含有熒光素和熒光酶兩種物質(zhì)。在熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光。螢火蟲(chóng)的發(fā)光，實(shí)質(zhì)上是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能的過(guò)程。早在40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲(chóng)的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類(lèi)的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來(lái)，科學(xué)家先是從螢火蟲(chóng)的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來(lái)又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒(méi)有電源，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作?，F(xiàn)在，人們已能用摻和某些化學(xué)物質(zhì)的方法得到類(lèi)似生物光的冷光，作為安全照明用。螢火蟲(chóng)自從人類(lèi)發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈26水族類(lèi)水族類(lèi)27

自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚(yú)類(lèi)就有500余種。人們將這些能放電的魚(yú)，統(tǒng)稱(chēng)為“電魚(yú)”。各種電魚(yú)放電的本領(lǐng)各不相同。放電能力最強(qiáng)的是電鰩、電鯰和電鰻。中等大小的電鰩能產(chǎn)生70伏左右的電壓,而非洲電鰩能產(chǎn)生的電壓高達(dá)220伏；非洲電鯰能產(chǎn)生350伏的電壓；電鰻能產(chǎn)生500伏的電壓，有一種南美洲電鰻竟能產(chǎn)生高達(dá)880伏的電壓，稱(chēng)得上電擊冠軍,據(jù)說(shuō)它能擊斃像馬那樣的大動(dòng)物。電魚(yú)放電的奧秘究竟在哪里?經(jīng)過(guò)對(duì)電魚(yú)的解剖研究，終于發(fā)現(xiàn)在電魚(yú)體內(nèi)有一種奇特的發(fā)電器官。這些發(fā)電器官是由許多叫電板或電盤(pán)的半透明的盤(pán)形細(xì)胞構(gòu)成的。由于電魚(yú)的種類(lèi)不同，所以發(fā)電器的形狀、位置、電板數(shù)都不一樣。電鰻的發(fā)電器呈棱形，位于尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中；電鰩的發(fā)電器形似扁平的腎臟，排列在身體中線兩側(cè)，共有200萬(wàn)塊電板;電鯰的發(fā)電器起源于某種腺體，位于皮膚與肌肉之間,約有500萬(wàn)塊電板。單個(gè)電板產(chǎn)生的電壓很微弱，但由于電板很多，產(chǎn)生的電壓就很大了。電魚(yú)這種非凡的本領(lǐng)，引起了人們極大的興趣。19世紀(jì)初，意大利物理學(xué)家伏特，以電魚(yú)發(fā)電器官為模型，設(shè)計(jì)出世界上最早的伏特電池。因?yàn)檫@種電池是根據(jù)電魚(yú)的天然發(fā)電器設(shè)計(jì)的,所以把它叫做“人造電器官”。對(duì)電魚(yú)的研究，還給人們這樣的啟示：如果能成功地模仿電魚(yú)的發(fā)電器官，那么，船舶和潛水艇等的動(dòng)力問(wèn)題便能得到很好的解決。電魚(yú)自然界中有許多生物都能產(chǎn)生電，僅僅是魚(yú)類(lèi)就有5028

在自然界中，水母，早在5億多年前，它們就已經(jīng)在海水里生活了?！暗?，水母跟順風(fēng)耳又有什么關(guān)系呢？”人們肯定會(huì)問(wèn)這樣一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)?，水母在風(fēng)暴來(lái)臨之前，就會(huì)成群結(jié)隊(duì)地游向大海，就預(yù)示風(fēng)暴即將來(lái)臨。但是，這又與“順風(fēng)耳”有什么關(guān)系呢？原來(lái)，在藍(lán)色的海洋上，由空氣和波浪摩擦而產(chǎn)生的次聲波（頻率為8～13赫茲），是風(fēng)暴來(lái)臨之前的預(yù)告。這種次聲波，人耳是聽(tīng)不到的，而對(duì)水母來(lái)說(shuō)卻是易如反掌?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水母的耳朵里長(zhǎng)著一個(gè)細(xì)柄，柄上有個(gè)小球，球內(nèi)有塊小小的聽(tīng)石?？茖W(xué)家仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，相當(dāng)精確地模擬了水母感受次聲波的器官。水母在自然界中，水母，早在5億多年前，它們就已經(jīng)在海29其它其它30

蛋殼呈拱形，跨度大，包括許多力學(xué)原理。雖然它只有2mm的厚度，但使用鐵錘敲砸也很難破壞它。建筑學(xué)家模仿它進(jìn)行了薄殼建筑設(shè)計(jì)。這類(lèi)建筑有許多優(yōu)點(diǎn)：用料少，跨度大，堅(jiān)固耐用。薄殼建筑也并非都是拱形，舉世聞名的悉尼歌劇院則像一組泊港的群帆。蛋殼與薄殼結(jié)構(gòu)蛋殼呈拱形，跨度大，包