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[动物世界] 猫头鹰符合空气动力学吗?

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发表于 2022-6-21 09:32 PM | 显示全部楼层 |阅读模式


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猫头鹰符合空气动力学吗? 

作者 / 苏澄宇
老实说,猫头鹰的空气动力学方面确实很一般

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罗伊 · 古尔卡(Roi Gurka)的实验室的研究方向主要是仿生流体力学,这几年的研究方向一直都是关于猫头鹰的空气动力学。

他们从野生动物园带了一只栗翅鹰和一只大雕鸮(猫头鹰)到鸟类研究中心做实验,栗翅鹰白天活动,大雕鸮是夜猫子。两者相同的点是,体重都差不多[1]

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栗翅鹰
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大雕鸮

不过主角是大雕鸮,栗翅鹰是作对比的。研究中心有一个风洞专门做鸟类的飞行实验。

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风洞的实验示意图

科学家测量了栗翅鹰和大雕鸮在振翅飞行时的各种数据,关于鸟类飞行流体力学的文章可以看我另一篇文章:苏澄宇:给鸟儿戴护目镜?科学家们吃太饱了?

利用高速摄像机采集了两只鸟的飞行数据,重点是研究尾流的速度场。

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风洞中飞行的猫头鹰

结果很明显,不管从哪个角度来说,猫头鹰在飞行时产生的湍流明显比老鹰多得多。

湍流是流体的不规则运动,与之相反的是层流,层流的轨迹是光滑的曲线。这意味着,猫头鹰飞行产生的流体很不稳定。简单来说,湍流要克服的阻力比层流要大,也就是说猫头鹰的飞行比老鹰的飞行费力。

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猫头鹰飞行的雷诺数较小,要克服更多粘滞力

两者相同重量差不多,但老鹰的飞行速度比猫头鹰要快。

关于它们的对比,可以看下表:

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很明显,同等重量下、同样的振翅频率下,老鹰飞行又快又敏捷,猫头鹰飞起来慢悠悠。

拿来和其他鸟比,猫头鹰飞行产生的湍流是非常多的。下图中,从上到下分别是矶鹞、八哥、猫头鹰的涡流轨迹,肉眼就可以看出猫头鹰的非常不稳定。

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这么看起来,猫头鹰和其他鸟比起来,是不那么符合空气动力学的。

但,你要知道,猫头鹰是夜间行动的,它的飞行是悄无声息的……

这也是猫头鹰飞行的优势,虽然牺牲了速度,却拥有了隐匿的能力,在夜间行动更具有优势。

至于它的大头,没有那么大的头怎么塞得下那两颗大眼珠

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它的眼球可以占其整个体重的 3%,你甚至可以从猫头鹰的耳孔看到眼球,而人的眼球约占人体重的 0.01%。

另外,猫头鹰的大面盘是很好的声波收集器。猫头鹰硕大的头使两耳之间的距离较大,这可以增强对声波的分辨率。

因此,虽然猫头鹰看起来没那么符合空气动力学,但在其他方面拥有了更大的优势。这就和猫走起来悄无声息,但费力的道理一样。

为什么猫走路总是悄无声息,而狗走路就能听到声音?

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