出品:科普我國
制作:之遙科普
監(jiān)制:我國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
最近各大平臺釣魚的視頻非常火熱。除了大佬爆竿的視頻之外,普通釣友“翻車”的視頻也很受歡迎:一百多斤甚至兩百多斤的釣魚人,動不動就被魚給拽下水了!
釣魚者被拉下水 (圖片來源:lovehhy.net)
圖片來源:微博@自然男孩兒
圖片來源:微博@自然男孩兒
這對于沒釣過魚的朋友來說,可能會感覺到不可思議:
把他們“拉下水”的魚,可能是幾十斤甚至才十幾斤,和人相比根本不是一個重量級。
魚哪兒來這么大力氣?體重只有十幾斤的魚為什么能將十倍于自己體重的人拉下水呢?
魚鰭的秘密
魚咬鉤后,人和魚的Battle就是力氣的比拼。人得靠肌肉使勁兒,靠著身體的姿勢來把控方向,而魚的鰭可以同時起到提供力量、調(diào)控方向的雙重功能。
作為被定義成終生生活在水里、用鰓呼吸、用鰭游泳的脊椎動物,魚類包括圓口綱、軟骨魚綱和硬骨魚綱等三大類群。
魚的外觀(圖片來源:人教版生物必修一)
以生活中常見的硬骨魚為例,魚身體表面分布著大小、形狀各不相同的魚鰭,分別為背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭、尾鰭,一般常見的魚類都具有上述的胸、腹、背、臀、尾等五種鰭。
其中,尾鰭在提供前進(jìn)的動力的同時,也決定著前進(jìn)的方向。如果失去尾鰭,魚類就無法改變行進(jìn)的方向了。而胸鰭相當(dāng)于陸生動物的前肢,對魚類具有運(yùn)動、平衡和掌握運(yùn)動方向的機(jī)能,當(dāng)魚失去胸鰭時,魚體會左右搖擺不定。
腹鰭相當(dāng)于陸生動物的后肢,具有協(xié)助背鰭、臀鰭維持魚體平衡和輔助魚體升降轉(zhuǎn)向的作用。背鰭用于保持魚體側(cè)立,對魚體平衡起著關(guān)鍵作用,若失去,會失去平衡而側(cè)翻。
但也有些體形長的魚類,可以通過背鰭和臀鰭協(xié)助身體運(yùn)動,并推動魚兒急速前進(jìn)。如帶魚的背鰭、電鰻的臀鰭、海鰻的背鰭和臀鰭都能推動魚體向前運(yùn)動;臀鰭還可以協(xié)調(diào)其她各鰭,起平衡作用。若失去她,魚身會輕微搖晃。魚類的運(yùn)動與體形和鰭的變化有著非常密切的關(guān)系。
魚鰭是魚類運(yùn)動最主要的動力來源。當(dāng)然,魚的力氣大小受到多方面因素的影響,她和魚本身的大小也相關(guān)。一般來說,小魚的爆發(fā)力更強(qiáng),但并不持久,大魚發(fā)力較慢,但力氣很大、難以控制,這一點(diǎn),相信釣魚愛好者們肯定深有感觸哦。
人會蛙泳蝶泳不算啥 魚還會“波浪泳”“噴水泳”呢!
能把釣魚人拽到水里,這和魚兒們都是“水中健將”息息相關(guān)。要想做到“如魚得水”,自在游動,魚兒還得在通過魚鰭獲取力量的基礎(chǔ)上,組合出不同的運(yùn)動方式后,才能游出完美的泳姿。
而魚兒的運(yùn)動方式有這樣幾種:
(1) 利用軀干部的肌肉收縮和尾鰭的擺動來游泳;
(2) 依靠胸鰭等的擺動劃水運(yùn)動;
(3) 利用鰓孔向后噴水引起的反作用力使魚體向前游。
實(shí)際上,后兩種游泳方式并不常用。胸鰭等的擺動劃水方式一般用于在流水中靜止的情形中。當(dāng)魚位于流水中保持靜止時,不需要使用尾鰭,胸鰭的擺動產(chǎn)生輕微推力就能讓她們保持靜止;而鰓孔噴水一般只有在遇到危險時,魚兒想要“逃之夭夭”,才會使用。
魚的游動 (圖片來源:wirefax)
魚類利用軀干部的肌肉收縮和尾鰭的擺動來游泳的方式,被稱為波狀擺動推進(jìn),大部分的魚類和水生哺乳動物(鯨魚、海豚等)都采用這樣的方式。前進(jìn)時魚體彎曲,會形成逆前進(jìn)方向的行波,當(dāng)行波速度大于前進(jìn)速度時就會產(chǎn)生向前的推力。
波狀擺動推進(jìn)又分為鰻鱺模式、鲹科模式和月牙尾推進(jìn)模式。
典型的鰻鱺模式就像水蛇在水中前進(jìn)一般,身體從頭至尾不斷作幅度相同的擺動。
而生活中,最常見的魚兒游泳方式是鲹科模式,在游動過程中,魚體前部分基本不動,從中部開始至魚尾進(jìn)行擺動,且擺動幅度從中部至魚尾逐漸增大。
月牙尾模式則出現(xiàn)在海豚、鯨魚身上,她們主要通過巨大的月牙形魚尾來實(shí)現(xiàn)推進(jìn),不斷向前游動。
通過波狀擺動獲得前進(jìn)動力的魚類,會在身體表面形成一層旋轉(zhuǎn)的水流,被叫做“渦”。當(dāng)魚向前運(yùn)動時,渦會沿著魚身向后滑動,在魚尾處脫落。神奇的是,規(guī)律脫落的渦能繼續(xù)在水中運(yùn)動,為魚提供向前游動的推力,這就是“反卡門渦街”現(xiàn)象。
卡門渦街現(xiàn)象(圖片來源:Dr. Maarten Rutgers)
魚的力氣能把人拽水里 是怎么做到的?
有了魚鰭,魚兒有了力氣,也有了控制方向的工具;有了多樣的游泳方式,魚兒才能行動自如。二者為魚兒在與釣者的博弈中化身“大力水手”提供了由內(nèi)而外的基礎(chǔ)。但除了魚鰭和游泳方法之外,釣魚時“人-魚-釣竿”三者的受力關(guān)系也起到了至關(guān)重要的作用。
實(shí)際上,三者形成了我們熟悉的力學(xué)系統(tǒng)——杠桿。當(dāng)魚咬住魚鉤后,釣魚人將魚竿立起,魚竿、人手、魚就形成了一個杠桿體系。當(dāng)竿尾觸地時,竿尾與地面接觸點(diǎn)為杠桿支點(diǎn),兩只手向后發(fā)力,魚竿本身為杠桿,竿頭魚線向前發(fā)力,杠桿,形成!
魚竿杠桿示意圖(圖片來源:作者自繪)
據(jù)圖所示,當(dāng)魚咬鉤后,人將魚竿提起至與地面成90°夾角,魚受到驚嚇向前運(yùn)動,會產(chǎn)生兩倍于自身體重的拉力作用在魚線上,非常難以控制,這部分拉力就需要我們用胳膊使勁兒來平衡。
一般來說,釣魚時是坐姿,手握竿位置大約與肩齊平,高度大約為1米。若魚竿長度以5米來計(jì)算,通過杠桿原理可以計(jì)算得出,人需要付出大約相當(dāng)于魚體重十倍的力量,才能將魚拉住,這可不是小數(shù)字!如果上鉤的魚體重為5KG,那么就需要釣魚者瞬間使出50KG的力量來保證自己不被魚拉下水。
當(dāng)然,上述情況建立在釣魚人用蠻力“硬拉”的情況下。實(shí)際釣魚中,可以通過“8字溜魚”等技巧來減少和魚正面對抗。所以,愛釣魚的小伙伴們注意了,用蠻力硬拉很可能斷線斷竿,甚至被魚拉下水哦!
圖片來源:微博@自然男孩兒
當(dāng)魚咬鉤后,竿子由于各種原理無法立起,人只能通過變成水平方向的魚竿來拉魚,這樣的情景被稱作“拔河”。此時,由于人發(fā)力方向和魚發(fā)力方向基本共線,杠桿作用并不存在,人所需要的拉住魚的力也并不是很大。可是,“最輕松的姿勢往往最危險”,這種情況往往是最容易被拉下水的,為什么呢?
圖片來源:釣魚吧
首先,出現(xiàn)“拔河”的狀況,一般是因?yàn)轸~太大了,魚竿無法保持直立,此時若想拉住魚所需的力量本身就很大;再者,魚竿被拉直時,人的手臂也被拉直了,無法發(fā)力,很多溜魚的技巧就無法施展,釣魚人只能用蠻力和魚對抗,真是“巧婦難為無米之炊”。
此外,釣魚時人一般為坐姿,此時在水平方向上人的著力點(diǎn)太少了,即使有力也使不出,因此在“拔河”的情況下,人很容易被魚拉到水中,從“你釣魚”變成“魚拽你”。
在熟知“人-魚-釣竿”的力學(xué)原理上,運(yùn)用適當(dāng)?shù)摹傲雉~”技巧不但能讓咬鉤幾率增加,還能降低將魚拉上岸的難度。總而言之,釣魚是一項(xiàng)和魚兒“斗智斗勇”的運(yùn)動,用蠻力可是很難在和魚的拉鋸戰(zhàn)中取勝。
參考文獻(xiàn):
1. 丁進(jìn). 尾鰭空間擺動推進(jìn)理論研究[D].江蘇科技大學(xué),2018.
2. 朱君. 仿鯵科魚尾部推進(jìn)系統(tǒng)的理論研究[D].江蘇科技大學(xué),2016.
3. 喬曉冬. 魚類游動的N-S方程數(shù)值模擬與推進(jìn)機(jī)理探索[D].西北工業(yè)大學(xué),2007.
4. 夏全新,魯傳敬,吳磊.魚類波狀擺動推進(jìn)的數(shù)值模擬[J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯),2005(S1):921-928.