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魚為什么生活在水里? 魚兒為什么會游

魚兒水里

魚為什么游泳(魚為什么生活在水里？)
制作人:科普中國
制作:蘇承禹
制作人:計算機網絡信息中心
這似乎是一個很自然的問題:“因為魚有鰭，就像人有腳一樣，所以魚會游泳” 。
【魚為什么生活在水里? 魚兒為什么會游】如果被這句話困擾，甚至可以用“因為是魚，所以會游泳”的方式來回答 。
但事實真的是這樣嗎？魚鰭是魚類游泳的主要動力來源嗎？
如果你深入挖掘，你會發現這個問題其實并不簡單 。
來源:Giphy動畫
很久以前，人們就意識到游泳是動物最省力的運動方式 。
走路、飛行、游泳，如果讓你選擇一種從A點到B點的移動方式，你會選擇什么？
我想大多數人都會選擇坐飛機 。
的確，對于個人來說，飛行是最快的鍛煉方式，但如果只考慮能量消耗，飛行并不是最優解 。
科學家發現，松鼠爬行1公里需要22.73焦耳的熱量 。海鷗飛行需要消耗6.07J的熱量；三文魚只消耗1.63J的熱量，約為松鼠的1/20，海鷗的1/6 。
即使你找到一個和三文魚一模一樣的物體，以同樣的速度放入水中，拖動1公里，科學家發現游動的三文魚消耗的能量只有前者的1/7-1/8 。
顯然，游泳是動物最省力的方式 。
既然魚游得如此高效，人類肯定會想模仿它，創造一種水下推進裝置，以和魚一樣的方式移動 。
你可能會想，我們不是已經有潛艇了嗎？
但是即使是最快的由螺旋槳推進的核潛艇，速度也只有每小時44.7節，也就是每小時80.4公里 。水中最快的旗魚可以達到每小時112公里的速度 。
不僅是速度問題，還有潛艇推進的噪音和能耗問題，螺旋槳高速旋轉也會產生空侵蝕效應，導致螺旋槳磨損 。
所以人類一直想模仿魚類的游泳風格，設計更先進的水下下載設備，這也叫仿生學 。
但是要想模仿，首先要了解魚游泳的原理 。
第一個問題是，我們應該選擇什么樣的魚作為研究對象？
如果你仔細觀察魚的運動模式，你會發現大多數魚的運動方式都是一樣的:利用尾巴和身體肌肉的收縮，有規律地左右扭動，專業上稱為身體和/或尾鰭推進模式(BCF) 。
魚是如何游泳的|來源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _東西/魚/hodofishwim . phtml
科學家發現，不同的魚有不同的扭動幅度和頻率，但核心是扭動 。
當然，魚鰭的擺動在游泳中也起著一定的作用，主要是調整方向，主要驅動力來自身體的扭動，尤其是魚快速移動的時候 。
因此，魚鰭不是魚類游動的主要動力來源，而是軀干的扭動 。
不同魚的鰭大小形狀都不一樣|來源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _ things/fish/hodofishwim . phtm
由于魚的主要運動方式是軀干的扭轉，所以研究它們扭轉的細節是有好處的 。
我前面說過，不同的魚擺動幅度不同，有的大，有的小 。扭轉幅度大的稱為波浪式，扭轉幅度小的稱為擺動式 。不
無論分類如何，這兩種推進方式都有相同的基本運動原理 。
不同的魚在不同的范圍內擺動|來源:文獻3
作為科學研究，一定要優先選擇那些擺動幅度大的魚類作為研究對象，因為擺動幅度越大，越容易觀察到擺動細節 。
哪種魚的擺動幅度更大？
自然是鰻魚、黃鱔等長魚，因為體型越長，肌肉收縮產生的波動越明顯 。
鰻魚的運動方式主要取決于身體的波動|來源:giphy動畫
所以很早以前，科學家們就用鰻魚等長魚做實驗，主要是用高速攝影來捕捉它們的運動模式 。
利用攝影技術研究魚類的運動有很大的局限性 。
魚免費 。它在水箱中自由游動，無法做出具體動作來滿足科學家的研究需求 。
為了定量分析魚在游泳過程中的振幅、頻率和前進速度等參數，一些科學家設計了一種機械裝置，可以使死魚的身體產生波浪形的游泳動作 。

這個裝置通過將一根長桿插入魚體內，然后搖動裝置上的凸輪來控制魚的運動 。
當凸輪旋轉時，移動桿將驅動魚產生預定的波動 。
這樣科學家就可以讓魚按照自己想要的方式移動，具體參數的研究就更方便了 。
記錄魚類運動的方法有很多，但無論采用什么研究方法，還是要將其總結成理論模型，才能了解運動的具體機制 。
通過觀察科學家發現，魚在游泳過程中，魚體的肌肉會自始至終收縮，身體會一個個彎曲，產生向后的運動波，然后推動水流產生向前的推力 。
三文魚肌肉排列順序|來源:https://tpwd.texas.gov/
至于這種推力是如何產生的，有兩種主要理論可以解釋:

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