蜘蛛为什么不会下沉到水中今天看到一蜘蛛爬到矿泉水瓶中,脑海就想着把它淹死.所以就把蜘蛛弄到水中,谁知蜘蛛竟不会下沉,还可以行走.为此我又把瓶子摇晃一下,蜘蛛整个身体虽然没下沉,
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/12/25 23:32:51
蜘蛛为什么不会下沉到水中今天看到一蜘蛛爬到矿泉水瓶中,脑海就想着把它淹死.所以就把蜘蛛弄到水中,谁知蜘蛛竟不会下沉,还可以行走.为此我又把瓶子摇晃一下,蜘蛛整个身体虽然没下沉,
蜘蛛为什么不会下沉到水中
今天看到一蜘蛛爬到矿泉水瓶中,脑海就想着把它淹死.所以就把蜘蛛弄到水中,谁知蜘蛛竟不会下沉,还可以行走.为此我又把瓶子摇晃一下,蜘蛛整个身体虽然没下沉,但已经是泡在水中,本以为它就这样被淹死,但过不了几秒钟它在水中挣扎竟又重新浮起来了.
后面又是百度蜘蛛又是百度相关问题,在水面靠张力行走基本可以理解,但现在是用水摇晃后它已经是“沉”下去了,竟还可以重新站起来.这样的动作做了很多次,它就像功夫里面的周星星永远打不死.绝对不是所谓的水蜘蛛.
蜘蛛为什么不会下沉到水中今天看到一蜘蛛爬到矿泉水瓶中,脑海就想着把它淹死.所以就把蜘蛛弄到水中,谁知蜘蛛竟不会下沉,还可以行走.为此我又把瓶子摇晃一下,蜘蛛整个身体虽然没下沉,
游泳好手潜入水中后他自己会不会重新浮出水面?他是怎么做到的?无非就是他的划水、踩水的动作得当,能够借助水的反作用力罢了……你看蜘蛛在“挣扎”,其实人家在很有效地踩水划水呢!
————
回去又想了想,感觉你这问题很有趣!
上面有位网友说的“蜘蛛身体上有很多纤毛,可阻止水与身体表面接触,多次沉入水中后,身体也不会打湿,这样蜘蛛的浮力就会增加很多……”也是一种可能的原因.这里不仅有水的表面张力的问题,还有固体与液体的浸润和不浸润的问题(http://baike.baidu.com/view/18133.htm),显然,水是不浸润蜘蛛纤毛的,加上水的表面张力支起的弧面,使得水体停留在众多纤毛顶端连成的弧面以外,而在此弧面与蜘蛛身体之间就保留有较多的空气.蜘蛛就像穿了身充气的救生衣,这层空气与蜘蛛身体的平均密度可能比水的密度还低,于是,即使蜘蛛不挣扎,它也会自动浮出水面.
如果死了的蜘蛛也能像活着的蜘蛛那样很快浮出水面,那么上述“救生衣理论”就应该是对的,而我最开始说的“踩水理论”至多只能起到辅助作用,或者根本就是错的;如果死蜘蛛不能浮起,或者像泡涨了的人尸那样要过一段时间才浮起,那我的“踩水理论”就应是对的,而“救生衣理论”也不会错,只是退居次要原因的地位.
如果“踩水理论”真的对,那又有一个问题——为什么蜘蛛懂得有效踩水而上浮(不像不会水的人的瞎扑腾那样加速沉底)?我现在能想到的答案就是进化使得蜘蛛天生就有此逃生技能,就像它天生就会织网一样令人惊异.
————
关于水上行走,我以前写过一篇相关的短文,有空不妨一看——水黾水上行,原因有多种
生活在池塘或溪水表面的水黾是一种小型水生昆虫,身长大约1厘米,有6条细长的腿,足上有纤毛.水黾的奇特之处在于它能够毫不费力地站在水面上,并能快速地移动和跳跃,那它为何能做到这一点呢?
一般来说,含有蛋白质等高分子骨架的生物体的密度都比水大,照理它是不会浮在水面上的.但生物体若能使其排开的水的重量超过自身的重量,那水的浮力就能把它托在水面上.水黾的长腿能在水面上压出凹陷,原本由凹陷占据的那部分水的重量正是水对它的浮力.另一方面,水的凹陷曲面上存在的水的表面张力的合力是大体向上的,这也是平衡重力或水黾跳跃时向下冲力的原因.
这种凹陷的形成有两方面的原因:首先是水的表面有一种绷紧的张力,它使得凹陷的曲面不能是任意的形状,而只能是连续的、尽量接近球形的曲面,这就保证了凹陷可以拥有足够的体积以排出足够的水.经测定,水黾腿所压出的凹陷的总体积能达到其身体体积的300倍!
之所以能压出凹陷的另一个重要原因是水黾的长腿具有超强的疏水性——它对水是极力排斥的,否则,它也就不可能排出300倍的水量而仍然不刺破水面.以往认为这种疏水性是由于水黾的腿能分泌油脂,但新近的研究(中科院化学所的成果)发现疏水性其实是利用其腿部特殊的微纳米结构来实现的.
水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸(直径不足3微米)的刚毛,在刚毛的表面上分布着螺旋状纳米级的构槽.这些特殊的微纳米结构,能将空气有效地吸附在这些同一取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内,在其表面形成一层稳定的气膜,阻碍了水的浸润——有效地对水产生了排斥.水黾腿的这种被特别称呼的超疏水特性使得水黾在水面上行动自如,即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没.顺便提一下,对水黾腿的力学测量表明:仅仅一条腿在水面的最大支持力就达到了其身体总重量的15倍!
以上提到了水黾水上行的三种原因——浮力、表面张力、疏水性,为什么同一现象会涉及三种原因呢?为此有必要对这三种原因的相互关系做进一步的探究.
先来看浮力F与表面张力T:到底是这两种力相加而共同支撑水黾的重量G(即T+F=G),还是两者都等于水黾的体重(即T=F=G)?水黾的实际情况会比较复杂一些,所以再举一个十分类似但叙述上更方便点儿的例子——硬币漂浮在水面上.
以硬币为研究对象,对它进行受力分析:首先是它自身的重量G,其次是与它亲密接触的水的表面层(这薄层内的水分子的间距略大于水体内部的分子间距,这是导致表面层有紧缩的张力的主要原因)对它的作用力,这个力还需要细分.在硬币下边缘的圆周上,是硬币侧上方弯曲的水表面层与硬币下侧水平的水表面层的分界线.在此分界线上,先取一小段线来分析.这段线的一侧是水平方向的、指向该圆周分界线圆心的表面张力,另一侧是沿着弯曲表面层的切向、垂直于分界线的、斜向上地指向外侧的表面张力.这两个张力的合力,斜向上地指向硬币内侧.整个圆周上的这一合力的水平分量相互抵消,而竖直分量则相互加强,合成一个总的竖直向上的合力T.注意这个T是直接来源于表面张力的,而表面层对硬币还另有一个非张力性质的力.那是在硬币下侧的表面层,它对硬币的力不是表面张力,而是该表面层因遭到上面硬币重力与下面水体内部压力相向挤压而压缩所产生的对外反抗的向上的支持力N.N在数值上等于底面积与硬币圆面的面积相同的一个圆柱体浸在水中同样深度时所受到的浮力f,因此,G=T+N=T+f.
以硬币和整个水表面层组成的系统为研究对象,对此系统进行受力分析:首先是其重量G(表面层极薄,其重量相对于硬币可以忽略不计),其次就是水的浮力F.注意这个F与上段中的f的区别:f对应的是那个假想的扁的圆柱体,F所对应的“排开的水的体积”则不仅包括这个扁圆柱体,还包括弯曲的水面上方的直到水平水面的那一小部分体积(设这部分体积对应的浮力为f').因此,G=F=f+f'.再综合上段可知:T=f'(这个结论也可直接证明).
看来,关键是研究对象不同,受力就不同.由于我们时常只记得表面张力,而忽视了极薄的表面层本身是可以作为一个物体存在的,从而把它与水体混为一谈,于是,水体产生的浮力与水的表面层所产生的张力(还有其支持力)之间的关系就容易混淆不清了.
至于第三种原因与前两种原因的关系,可以说,是疏水性确保了那个弯曲的表面层的完整存在,这样才会有表面张力向上的分量,才会使水面下凹的“小坑”排出足量的水从而产生够大的浮力.仍以简单的硬币浮水上为例:硬币上常附有的一层油膜(或金属氧化膜)就有较好的疏水性;若非这层疏水膜,水表面层就不会在被硬币压弯时仍尽力保持不破裂,并“垫”在硬币下面,而是会“爬”到硬币上表面,让硬币整个儿地浸润水中;因为油膜的疏水性实际上就是指水分子间的引力大于水分子与油分子间的引力,如此,水分子就尽量不与油膜混杂而维持水分子集团整体的“纯粹性”(因为它们内部更“团结”);如果没了油膜的隔离,硬币表面分子与水分子的作用力不比水分子之间的小,这样,水分子也愿意与更多的硬币分子“牵手”而不在乎自身团体的完整性了,于是,水就可浸润硬币,并将其包裹在自身之中.
大千世界间的纷繁现象往往都是复杂的,我们不仅需要探究引起现象的各种原因有哪些,还要注意理清原因的层次以及它们相互间的关系.