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人与自然 系列丛书-第章

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蚂蚁与人造肌肉发动机 
  蚂蚁是动物界的小动物,可是它有很大的力气。如果你称一下蚂蚁的体重和它所搬运物体的重量,你就会感到十分惊讶!它所举起的重量,竟超过它的体重差不多有100倍。世界上从来没有一个人能够举起超过他本身体重3倍的重量,从这个意义上说,蚂蚁的力气比人的力气大得多了。 
  这个“大力士”的力量是从哪里来的呢? 
  看来,这似乎是一个趣的“谜”。科学家进行了大量实验研究后,终于揭穿了这个“谜”。 
  原来,它脚爪里的肌肉是一个效率非常高的“原动机”,比航空发动机的效率还要高好几倍,因此能产生这么大的力量。我们知道,任何一台发动机都需要有一定的燃料,如汽油、柴油、煤油或其他重油。但是,供给“肌肉发动机”的是一种特殊的燃料。这种“燃料”并不燃烧,却同样能够把潜藏的能量释放出来转变为机械能。不燃烧也就没有热损失,效率自然就大大提高。化学家们已经知道了这种“特殊燃料”的成分,它是一种十分复杂的磷的化合物。 
  这就是说,在蚂蚁的脚爪里,藏有几十亿台微妙的小电动机作为动力。 
  这个发现,激起了科学家们的一个强烈愿望——制造类似的“人造肌肉发动机”。 
  从发展前途来看,如果把蚂蚁脚爪那样有力而灵巧的自动设备用到技术上,那将会引起技术上的根本变革,那时电梯、起重机和其他机器的面貌将焕然一新。 
  现在我们用的起重机一般也是靠电动机工作的,但是作功的效率比起蚂蚁来可差远了。为什么呢?因为火力发电要靠烧煤,使水变成蒸汽,蒸汽推动叶轮,带动发电机发电。这中间经过了将化学能变为热能,热能变成机械能,机械能变成电能这么几个过程。在这些过程中,燃烧所产生的热能,有一部分白白地跑掉了,有一部分因为要克服机械转动所产生的摩擦力而消耗掉了,所以这种发动机效率很低,不过只有30~40%。而蚂蚁发动机利用肌肉里的特殊燃料直接变成电能,损耗很少,所以效率很高。 
  人们从蚂蚁发动机中得到启发,制造出了一种将化学能直接变成电能的燃料电池。这种电池利用燃料进行氧化——还原反应来直接发电。它没有燃料过程,所以效率很高,达到70~90%。




企鹅与极地越野车 
  茫茫雪原上,到处是积雪。雪地上的摩擦力太小,车轮只能不断地空转,很难前进。但是,在冰雪终年不化的南极,平时是蹒跚而行的企鹅在紧急情况下却能以30公里/小时的速度在雪地上飞跑。这是什么原因呢?原来企鹅在南极生活了近2000万年,早已适应了那里的生活环境,成为“滑雪健将”了。只要它扑倒在地,把肚子贴在雪的表面上,蹬动起作为“滑雪杖”的双脚,企鹅便快速滑行了起来。人们由此得到启示,设计并制造了一种“极地越野汽车”。它用宽阔的底部贴在雪地上,用转动的“轮勺”扒雪前进,行驶速度可达50公里/小时。这种汽车还可在泥泞地带快速行驶。




袋鼠与跳跃机
  带轮的汽车在沙漠上行进很困难。但生活在广阔草原和沙漠地区的一种哺乳动物——袋鼠,却有一套快速运动的本领。袋鼠是靠强有力的后肢在沙漠上跳跃前进的,每小时可以跑上四、五十公里。模仿袋鼠这种运动方式的无轮汽车——“跳跃机”已经试制成功,它在坎坷不平的田野或沙漠地区均可通行无阻。




尺蠖与坦克
  有种动物叫尺蠖,它前进的时候是身体一屈一伸地行动,人们模仿它的行走方式,制造出了一种带有行走部分的轻型坦克。这种坦克能够越过较大的障碍物,当它隐蔽在掩体里时,能升起炮塔射击,射击后再隐蔽起来。这种坦克的通行能力比以前的坦克提高了许多。 
  设计人员还模仿双壳贝壳的构造,设计了具有较好流线型的炮塔,并大大降低了坦克高度。这种坦克车内的武器装备排列得十分紧密,是模仿软体动物的消化器官排列的。像软体动物吃食物那样,炮弹从弹药盒进入炮塔,而后沿类似于食道的送弹槽被送到类似于胃的炮的后部,周围的类似于消化腺的药室则可收集和排出射击时产生的火药气体。在像贝壳的顶盖下面,有两个供坦克乘员半躺的座椅。这一方案,是为解决现代坦克的重要设计问题的一种卓有成效的尝试。




狗与“电子警犬”
  狗的嗅觉比人灵敏100倍,根据气味,狗几乎可以找到任何要找的东西。 
  经过训练的警犬更加给人以启示。模拟警犬的嗅觉,人们制成了一种电子仪器——“电子警犬”,已经在化工厂用作检测过氯乙烯毒气,测定浓度达到千万分之一。 
  该仪器的工作原理,是基于不同物质对紫外线的选择性吸收:当气味物质从紫外灯与检测器之间通过时,一部分紫外线被吸收,这样便可确定物质的性质和浓度。这种“电子警犬”可以检测染料、漆、树酯、酸、氨、苯、瓦斯以及新鲜的苹果和香蕉的气味,其灵敏度已经达到狗鼻子的水平。另一种在某些方面比狗鼻子灵敏1000倍的“电子警犬”,也已用于侦缉工作。




苍蝇与气体分析仪
  苍蝇也有惊人的嗅觉,它的非常灵敏的嗅觉感受器分布在触角上。这种感受器能把气味物质的刺激立即转变成神经电脉冲。模仿苍蝇嗅觉器官制成的灵敏度很高的小型气体分析仪,已用于分析宇宙飞船座舱里的气体。




蚕与人造丝
  走进商店里,大家常会被那绚丽的丝绸所吸引。舒适的感觉,明艳的色泽,给人以极大的诱惑。在夏季拥有丝绸做成的衣裙是许多女孩子的美好心愿。 
  丝绸是一种比较名贵的织物,我国是丝绸的故乡。直到现在,人们还常常把丝绸同中国的古老文明连在一起。河西走廊穿过茫茫大漠,将美丽的丝绸和文明一起带到欧洲,人们叫它“丝绸之路”。 
  在古时候,丝绸只有富人才穿得起,它有时候也就成了身份和地位的象征。从一首唐诗就可知当时的情景:“昨日入城市,归来泪满巾,遍身罗绮者,不是养蚕人。” 
  以前的丝绸,是用蚕吐出的丝做成的。人们经过研究发现,蚕丝是一种蛋白纤维。人们用桑树的叶子喂蚕,经过一段时间,蚕吐出丝,结成茧,人们把茧经过处理,抽出丝然后才能织出衣料。 
  随着时间的推移,天然的蚕丝越来越不能满足人们的生产需求。于是,人们便想,能不能模仿蚕吐丝用人工的方法生产“丝”呢? 
  1855年,瑞士人奥蒂玛斯用硝化纤维溶液成功地制取出纤维。1884年,法国人夏尔多内将硝酸纤维素溶解在乙醇或乙醚中制成粘稠液,再通过细管吹到空气中凝固而成细丝。1891年在法国贝桑松建厂进行工业生产,但由于这种纤维易燃,生产中使用的溶剂易爆,纤维质量差,不能大量发展。 
  1933年,蛋白质纤维开始生产。 
  人造丝的生产,为纺织业提供了大量原料。1922年,世界人造丝产量超过了真丝的产量。 
  现在,我们见到的那些五光十色的丝绸,大部分都是人造丝。如今的丝绸,已经进入百姓家。




蜘蛛仿生车
  有些辛勤的昆虫,昼夜寻花采蜜,它们凭着什么样的夜视眼才能摸黑飞行呢?有人这样假想,它们可能装备了紫外线“雷达”。那些晚间靠昆虫授粉的花儿受了昆虫发出的紫外线照射,便会放出明亮的光芒,昆虫接受到这种回波便追踪而至。同时,人们发现,蜘蛛和它们的网在紫外线照射下却丝毫不发光,这样那些夜行的昆虫就不免误投罗网了。蛛网一经触动,哪怕是极轻微的震动,蜘蛛腿上特别灵敏的振动传感器立即就感受到了,稳坐蛛网中央的蜘蛛,便会飞奔过去,把昆虫逮住,美餐一顿。 
  科学家现已探明,蜘蛛的飞毛腿根本没有肌肉,甚至连肌肉纤维也没有。 
  最令人感兴趣的是它的跳跃不是由肌肉,而是依靠压向大腿的体液来提供动力的。蜘蛛的脚竟是一种独特的液压传动机构,在这个装置中的液体就是血液。进一步研究证明,它们依靠这种装置,能够把血压迅速升高,使软的脚爪变硬。也正是依靠这种液压传动,蜘蛛才能成为优秀的跳高运动员,它能跳到10倍于身高的高度。据计算,要取得这样的成绩,它们必须在刹那间把自己的血压提高半个大气压。测量蜘蛛脚伸展时脚
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