在午夜,一切都静止著,除了安静地爬行著的壁虎在捕捉蜘蛛。
壁虎看似无视地心引力地爬上垂直的表面,可以颠倒著爬行却不需要爪子、强力胶水或超强力蜘蛛网,相反的是,它们利用了一个简单的原理:正负电荷相吸。
吸引力把化合物结合在一起,就像食盐就是由正电的钠离子和负电的氯离子结合在一起而成。但是壁虎的脚并不带电,它们爬行的表面也不带电,那麽是什麽使它们黏在一起呢?
答案是分子间力与结构工程的巧妙结合。
元素週期表中的所有元素电子都有不同的亲力,像氧和氟这样的元素确实很想要电子,氢或锂这样的元素却没有那麽强的吸引力。
一个原子对于电子的相对需求,叫做它的负电性。电子不停地在运动,它们可以在最想停留的地方随时定位,所以在一个分子中有负电性不同的原子时,被电子包围的分子们,会被拉向最带负电的原子,这样就产生了一个在电子云中的小点。
来自原子核的正电穿过这个点,带负电的电子们也在别的地方聚集。这个分子本身并不带电,但是它确实有带正电和负电的区域,这些区域性电荷会吸引周围的分子
它们会排成一条线,正电区域接著负电区域,如此一个接一个,甚至根本不需要有很强负电的原子,就可以产生这些吸引力。
电子在不停地运动,有些时候它们在一个点堆积,那一闪的电荷足以让分子互相吸引。未带电分子的这些相互运动,叫做范德华力,它并不像带电分子间的力那麽强
但是如果有足够的量,它们也可以堆积成可观的力,这就是壁虎的秘密。
壁虎的脚趾上有易变形的隆起,这些隆起表面有头髮般的细小结构,比人类的头髮细得多,叫做刚毛(setae)。刚毛则被小的多的叫做匙突(spatulae)的结构覆盖,这些匙突型结构完美地承担了壁虎要求它们的工作——在命令下黏住和释放。
当壁虎在天花板上展开它的可形变脚趾,匙突会形成恰好的角度让范德华力产生。
匙突变平,形成很多平面使正电和负电区在天花板上找到相应的带电区域。
每个匙突都贡献很少量的范德华力,但是一个壁虎有二十亿的匙突,产生足够的力去支持它的体重,事实上壁虎可以用一根脚趾把自己吊起来!
如果改变一点点的角度,这些强大的力就会消失,所以壁虎可以抬起它的脚冲向一个猎物,或者逃离捕食者。
这个用树林般特殊突起在两个普通分子间去使范德华力最大化的方法,启发了很多人造材料来模仿壁虎的强大的吸引能力。
虽然人造版本尚未像壁虎的那样的强力,但是他们已经足够强到让一个成年人去爬上一个25英尺高的玻璃墙。
事实上壁虎的猎物也在使用范德华力黏在天花板上,那麽,壁虎会撒开脚,冲向它
!
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因为壁虎的脚上有几十万个细小的毛发(这些毛发的直接只有头发是的十分之一左右),这些细小的毛发能和物理产生一种分子间的吸引力(范德华力)使得壁虎能够吸在墙上。多数人一定认为壁虎能贴在光滑的天花板上,靠的是四个脚掌上神奇的吸盘,其实情况并非如此。 它脚底的力量,来自宇宙中最基本的物理学原理———分子引力。 通过显微镜观察壁虎的脚掌就可以知道,它的每只脚底部长着数百万根极细的刚毛,而每根刚毛末端又有约400根至1000根更细的分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近,从而产生分子引力。虽然每根刚毛产生的力量微不足道,但累积起来就很可观。根据计算,一根刚毛能够提起一只蚂蚁的重
量,而100万根刚毛虽然占地不到一个小硬币的面积,但可以提起20公斤力的重量。如果壁虎同时使用全部刚毛,就能够支持125公斤力。科学家说,壁虎实际上只使用一个脚,就能够支持整个身体。 壁虎又是怎样自如地控制脚上的吸力呢、科学家用显微摄像机录下壁虎...研究发现,在壁虎爪指的顶端,长有数百万根绒毛般的细纤维,这些极细的纤维又以数千根为一组,呈刮刀状排列。在高倍显微镜下观察,这些刮刀就像是长在绒毛顶端的花椰菜,具有很强的黏附力。试验证明:100万根细纤维(其断面直径如一枚硬币)所具有的黏附力,约可托起一个20公斤重的小孩。为什么会有这样大的黏附力呢?科学家认为,这只能从物理学中的弱力理论得到解释。
研究发现,在壁虎爪指的顶端,长有数百万根绒毛般的细纤维,这些极细的纤维又以数千根为一组,呈刮刀状排列。在高倍显微镜下观察,这些刮刀就像是长在绒毛顶端的花椰菜,具有很强的黏附力。试验证明:100万根细纤维(其断面直径如一枚硬币)所具有的黏附力,约可托起一个20公斤重的小孩。为什么会有这样大的黏附力呢?科学家认为,这
只能从物理学中的弱力理论得到解释。结果通过观察,看到壁虎在墙壁上、玻璃上爬行时,腹部和尾部紧紧贴在墙壁上,头稍稍向上抬起,这样可以观察周围的环境。前足掌指和掌指的跗节及后足的掌趾和掌趾的跗节,也都紧贴在墙壁上,掌臂和腿节都向上抬起,支挂着全身重量,可带动掌指(趾)、跗节、后足向前爬行。在壁虎爬行时有这样一个规律,左前足和右后足几乎同时抬起,向前伸展,这时头冲着右上方,而长长的尾巴却向着左下方。然后右前足和左后足又同时抬起,向前伸展,这时头冲着左上方,而尾巴相反向着右下方。整个身体呈“S”或“S”形。壁虎这样爬行起到了一个把握身体平衡的作用。壁虎的爬行主要是靠前后足的交替运动来完成的。
生活中有些现象常常令人困惑不解,例如,一种长约10厘米、背呈暗灰色的爬行纲四足小动物壁虎,能在光滑如镜的墙面或天花板上穿梭自如,捕食蚊、蝇、蜘蛛等小虫子而不会掉下来。这种现象引起了科学家们的注意,他们经过长时间的观察和研究,终于找到了答案:原来,这是壁虎利用分子的电磁引力,克服了地心引力而具有一种天生的“特异功能”。生活中有些现象常常令人困惑不解,例如,一种长约10厘米、背呈暗灰色的爬行纲四足小动物壁虎,能在
光滑如镜的墙面或天花板上穿梭自如,捕食蚊、蝇、蜘蛛等小虫子而不会掉下来。这种现象引起了科学家们的注意,他们经过长时间的观察和研究,终于找到了答案:原来,这是壁虎利用分子的电磁引力,克服了地心引力而具有一种天生的“特异功能”。






