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蒲公英如何在空中飘行?科学家揭露全新流体动力学机制

2024-12-28 365

你有没有想过植物界飞行员蒲公英的种子,如何乘着风在空中飞行超过 1 公里?新研究揭开了其中奇特机制:蒲公英白色冠毛上方的空气,会形成有如烟圈的低压涡环以抵抗重力,延长蒲公英种子从空中落地的时间。

握著蒲公英的花茎接着用力一吹,你就能吹出许多蒲公英的种子随风飘散,让我们来细看蒲公英种子(如下图)的构造:最底端褐色部分是种子,种子延伸出一条长喙,长喙上方就是约 100 条毛绒绒、呈放射状散开的白色冠毛(pappus),研究人员以超精确 X 射线扫描和光学显微镜观察说,冠毛平均长度 7.4 釐米、厚度 16.3 微米,远远看去有如飞机的螺旋桨或降落伞。

▲ 乘风飞行的蒲公英种子。(Source:pixabay)

新研究共同作者、英国爱丁堡大学植物科学家 Naomi Nakayama 指出,也就是这种蓬松的冠毛结构,藏着帮助蒲公英飞行超过 1 公里的秘密。

实验中,团队将蒲公英种子放在垂直风口上,使其在一个固定高度来回浮动,接着使用高速照相机长时间曝光,分析空气穿过冠毛结构时发生了什么事──就在这里,研究人员发现了冠毛结构上方出现两个有如烟圈的低压漩涡(如下图),团队将其命为分离涡环(the separated vortex ring,SVR)。

(Source:截自论文)

关键在于冠毛之间高达 92% 的空隙能让气流通过,当空气自下而上穿过冠毛空隙时,会在上方由 外往内吸入并沿着孔洞向下流动,到了底端后又开始往上回流循环,形成一个稳定低压的 SVR,如此减缓种子在空中下沉的速度。

从技术来讲,团队基本上等于发现一个全新的流体动力学机制,可能激发用于各种遥测的小型无人机往无功耗飞行模式发展。新论文发表在《自然》期刊。

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(首图来源:pixabay)

2019-03-12 04:31:00

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