蜘蛛僅靠電場(chǎng)就能起飛，連風(fēng)都不需要，網(wǎng)友：懂了，蜘蛛會(huì)用原力

博雯 2022-03-19 13:43:14 來(lái)源：量子位

加州大學(xué)新研究，登Physical Review子刊

博雯發(fā)自凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

現(xiàn)在，科學(xué)家們終于搞懂蜘蛛是怎么飛行的了。

哦不對(duì)，放錯(cuò)了，是這個(gè)：

加州大學(xué)的科學(xué)們假設(shè)，蜘蛛雖然沒(méi)有翅膀，但卻可以依靠自己吐出蛛絲的負(fù)電荷，以及地球大氣中的正電勢(shì)場(chǎng)形成的電場(chǎng)來(lái)飛行。

基于這一假設(shè)，研究團(tuán)隊(duì)正經(jīng)進(jìn)行了受力分析和數(shù)值模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、非線性物理領(lǐng)域的期刊Physical Review E上：

對(duì)此網(wǎng)友們熱烈討論，并表示：

蜘蛛統(tǒng)治世界的時(shí)代已經(jīng)不遠(yuǎn)了！

不過(guò)在蜘蛛真的統(tǒng)治世界之前，還是讓我們先來(lái)看看它飛行的原理。

（本文不含任何蜘蛛高清圖，讀者可放心食用）

蜘蛛如何靠電場(chǎng)飛行？

首先，科學(xué)家們建立了一個(gè)包括粘性力、蛛絲、蜘蛛的重量和尺寸、靜電上升力、排斥力以及彈性彎曲力的三維數(shù)值模型，以探索蜘蛛蛛絲在氣流中的膨脹和展開(kāi)的動(dòng)力學(xué)。

如圖所示，一個(gè)吐出蛛絲的蜘蛛可以被簡(jiǎn)化為這樣一個(gè)模型：

一個(gè)直徑2毫米左右的實(shí)心球體，頂部有2、4或8條距離十分接近（100微米）的絲線，開(kāi)始為垂直方向，每根線都附有電荷。

關(guān)于絲線上是如何帶上靜電荷的，研究人員認(rèn)為，這可能是在蜘蛛制作蛛絲的過(guò)程中迅速加載電荷，或在制作完成之后，吐絲時(shí)與氣流產(chǎn)生的摩擦。

為了研究流體結(jié)構(gòu)與電場(chǎng)的相互作用，數(shù)值模擬涉及到三個(gè)部分：

通過(guò)離散彈性棒（DER）方法計(jì)算線的彈性變形，即彎曲、扭曲和拉伸等等
阻力理論（RFT）方法計(jì)算蜘蛛和絲線上的流體動(dòng)力學(xué)的粘性力
由大氣電位梯度和絲線電荷引起的靜電力

具體而言，在數(shù)值模擬中，蜘蛛被建模為一個(gè)彈性棒網(wǎng)絡(luò)。

其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)x0代表蜘蛛身體，每條線有Nt個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)有nt條線的蜘蛛，節(jié)點(diǎn)的總數(shù)是ntNt+1，兩個(gè)連續(xù)節(jié)點(diǎn)之間的向量是邊，每個(gè)線程由Nt條邊組成：