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轮子是多么方便的东西啊!为什么数亿年来动物们都没进化出这个来呢?就让本期Dr.You获奖者小虎来给大家讲讲吧!
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1、如何实现滚动摩擦?
将滑动摩擦变为滚动摩擦有两种方式:1、滚动,整个生物体成球形,如刺猬;2、转动,以轴和轮子支撑其余部分,如汽车。

1.1、滚动的实例有蜥蜴、多足虫等。此类动物在转动时可以被看作一个刚体,感觉、运动器官随之旋转,辨别方向、感受加速度比较困难——但神经系统对外界信息的加工很复杂,也许可以解决,这点尚不明朗。控制方向的问题在于,刚体不能自主改变运动方向,必须要有其他的机制,比如说“改变重心”或“伸出脚拨动”等等。此外,滚动中的身体器官对重力改变的反应,对滚动中产生的向心加速度的反应,也可能是一个潜在的问题,比如这可能导致静脉回流困难。

1.2、转动的实例有:单核生物的鞭毛(鞭毛和细胞不相通,实际上可以看作是两个刚体)。但到了多细胞生物,就产生诸多困难:

1.2.1、可行性:轮子与身体是不相通的,否则连通的神经、血管都会拧成麻花。有两种解决办法:A、任由轮子磨损,能长个新的换掉;B、通过渗透供给营养,维持轮子的存活。这样就要求轮子极薄,(否则营养无法渗入,)而且动力来源独立于轮子。

1.2.2、适应性:自然环境复杂多变,山区、湖沼、沙漠、树林……都全无轮子的用武之地。即使在相对理想的草原上,地面也崎岖不平,限制了轮子的速度。此外,轮子容易打滑,这体现在爬坡(包括攀爬),雨雪天气,沼泽、湿地等低摩擦系数场地——这事实上是轮子优点的负面效果。

2、轮子真的省力?
减少阻力要求低摩擦系数,然而在爬坡时轮子更容易在重力的影响下打滑,这就像一个硬币的两面。因此生物体要在取舍间达到平衡,轮子的摩擦系数不可能无限降低。相比现有生物的关节摩擦系数(髋关节是0.01),未必有优势。生物运动的另一个能量损耗来自肢体频繁的加速减速和重心的起伏,这两者轮子可以避免。

PS:我设想的轮子
1、驱动方式:
1.1、骨骼肌止点在轮子上,肌肉收缩相当于内燃机的活塞运动。
1.2、像滑雪杖一样,在轮子之外另有驱动系统。(可以适用于雪地动物)
2、高速拐弯:
必须倾斜,所以最好是像自行车一样单排双轮。

PS:PS:鱼为什么没有进化出螺旋桨
Wiki给出的解释是只有雷诺数极低的情况下,螺旋桨才比摆动更高效。水和空气都不符合,只有草履虫的内环境适合螺旋。

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好了,我们来听听科学编辑Ent点评:

其实这一期可能是不多的存在“标准答案”的一期。标准很简单,首先轮子虽然困难,要克服一系列的障碍,但自然界确实是有轮子的,甚至有轮轴式的轮子,因此仅仅分析轮子从生物学上如何难以实现,是不合格的。其次,轮子之所以不流行,重要原因是没有路,没有适合轮子发威的环境。小虎的答案最为全面,虽然实在太言简意赅了一点点……

------------------------好了Dr.Who还有话说------------------------

感谢Ent在百忙的各种被催稿和被追杀(误)中仍然抽出时间给我们进行点评,还有拇姬总编的文字编辑!当然,最应该感谢的是本期的参加者们,他们分别是:(排名不分先后)

江南一舟、格致、小虎、salii、追梦的候鸟、nysummerer、marpriest、食肉啮齿目、William、袁乐刚

他们的答案其实也相当有趣哦,如果大家想讨论的话,请到松鼠学堂来吧!

让答案来得更猛烈些吧!

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16 Responses to “[Dr.You第83期获奖答案]动物没有轮子”

  1. hbchendl说道:

    “但自然界确实是有轮子的,甚至有轮轴式的轮子”,我没听说过。能否说说?

  2. ZHX说道:

    轮轴式的轮子?生物?求真相。。。
    关键是作为一个生物,要如何驱动带轴的轮子呢?轮子的损耗寿命又如何解决?

  3. 六耳说道:

    很好,很专业。

  4. 野线说道:

  5. zjjott说道:

    怎么不考虑整个身体是一个轮子的生物?

  6. Peng说道:

    沙门氏菌便是用尾部的旋转来前进的,可以说就是螺旋浆了

  7. phyloss说道:

    大型生物高速运动受到空间环境和惯性的阻碍,运动太快是不利的

  8. place说道:

    有些蛇能缩成一团滚动,算是轮子吧,好像电视上看过,在沙漠里,缩成一团从沙丘上滚下去。从工程上说,控制四个轮子的汽车比控制两个轮子的自行车容易,控制自行车比控制四足机器人容易,更别说两足的人类了,用脚行走不一定比轮子就差吧。

  9. calayanrail说道:

    轮轴式?如果是说某些微生物的话没有意义吧。动物有轮轴式的吗?

  10. 老道说道:

    问题的答案也可能并没那么复杂。
    在下曾经做过一个“木牛流马”复原方案,就是将一个大轮子拆解取其部分,以腿辅助支撑,通过摆动加滚动方式前行。其实就是低重心的准大轮子独轮车。
    类似原理,如果动物的两下肢长成这两个部分轮子形状,就可以迈腿以近似的滚动的方式前进了吧,呵呵!

  11. 江南一舟说道:

    第一次參與這樣的活動,不足之處請多多見諒!
    不過本人還是蠻高興的,原來科學可以這樣“娛樂”!

  12. 北京青年说道:

    可能是因为没有路的原因吧,而且自然界进化出了翅膀这种比轮子还要牛逼n倍的东西!

  13. cy说道:

    。。没有路这一点不就足够了么。。轮子在没有路的情况下根本就没有优势啊!
    为什么还要考虑其他原因
    搞得跟历史政治的解答题一样,只要不犯错,回答的越多就越好似的

  14. 郭炎君说道:

    日语系专业学生大概都学过这篇文章吧……《为啥没有车轮动物》
    这个问题真是有够深刻,很多人小时候大概都想过,一直在思考从来想不通……

  15. 沐灵说道:

    有这个趋势过但没绝对优势所以没朝那方向成形吧(如地球是粗糙的平面就说不等)用韧带表皮象抽陀螺地抽体外骨能实现吧(象螃蟹蜕壳一样的长新轮吧)