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鳥雜學6.jpg鳥類為何能夠飛行?
若問起鳥類為何能夠飛行,恐怕都會被回答道「那是因為有翅膀的緣故吧!」。的確,鳥類是啪咑、啪咑地拍著翅膀在飛行。那麼,是否將鳥類的翅膀裝在人類身上,人類就能飛起來?事情似乎又不是這麼簡單而已。究竟,鳥類為何能夠飛行呢?

 

可以讓飛機飛行的構造

至今仍討厭坐飛機的人還是有的。很多厭惡坐飛機的人會說:「那樣的鐵塊組合體沒有理由會飛」。波音747-400的最大離地重量重達350噸,而這樣重碩的物體要在天空飛行,的確是件不可思議的事。即便如此,為何飛機還是能夠飛呢?

 

其秘密就在:主翼的形狀。下圖是飛機機翼的斷面圖。絕大部分飛機機翼的斷面結構都是此種形狀,其特徵為上下之厚度不同,此結構衍生出能讓飛機在天空漂浮的機能。那麼,為何這種形狀就可以漂浮上去呢?

飛機的機翼是將厚部裝在前側。當這種機翼的前方遭受風力時,機翼上層的空氣即會因較大的曲度而快速流動,下層空氣的流速則因為曲度較緩的關係而較上層的空氣慢。由於空氣具有流速增加則壓力下降的性質,而機翼的上層壓力較下層壓力低,機翼因此得被向上抬升起來。此種力量稱為「揚力」,是使飛機漂浮起來的力量。

但是,機翼若無空氣流經,揚力就無法發生。因此,飛機需要被裝設螺旋槳或噴射引擎。

螺旋槳和噴射引擎的作用都是一樣的:將空氣從前面吹到後面,以前進的方式為機翼引起氣流,讓揚力發生。

如此,有了製造揚力的機翼與引發氣流並向前的螺旋槳或引擎的緣故,飛機能夠在天空飛行。而且,揚力是速度的二次方,所以只要以強力的引擎加速,重碩的波音飛機也可飛起來。

 
鳥雜學7.jpg 

鳥類是拍著翅膀飛行的

鳥類的飛行原理,也與飛機飛行的機械原理相同。尤其是翼部的斷面,其形狀幾乎是相同的。不過上述說法並不正確,因為怎麼說也應是人類向鳥類學習而製造了飛機機翼。

十九世紀英國物理學者瑞賴(John William Strutt (Lord Rayleigh), 1842-1919),在詳細的鳥類觀察下,發現鳥類不需振翅也可飛行,即依此設計了滑翔機。含有,日本人二宮忠八,也從烏鴉不振翅的飛行姿勢得到靈感,製造了一款烏鴉型模型飛機。

鳥類的飛行與飛機不同之處在於振翅。鳥類因為沒有螺旋槳或噴射引擎之故,必須藉振翅獲得推進力。那麼,為何可以藉由振翅前進呢?

鳥類的翅膀具有初級飛羽、次級飛羽二種羽毛,並由初級飛羽製造推進力(請參照右圖)。初級飛羽在將翅膀拍下去時,會因為被扭轉而將空氣壓出去。這剛好是和螺旋槳以旋轉產生推進力相同的機制。因此,鳥類的翅膀可說是一個兼具了飛機的機翼與螺旋槳二作用的身體結構。

那麼,將鳥類那樣的翅膀裝到人類身上,人類是否就可以振翅飛行?答案是沒有辦法。原因有許多,但是第一個原因應該是,以人類的力氣沒有辦法拍出起飛所需的速度吧。解析鳥類的身體結構,負責振翅的胸部肌肉大約佔多數鳥類平均體重比高達20%左右,而人類的佔比卻僅約1%而已。所以人類若要飛翔,恐怕得先訓練出能生產生巨大力量的肌肉才行。但是,盡管如此人類還是無法飛行。鳥類之所以能夠飛行,其體重有多少,就有一雙面積相對寬大多少的翅膀,所以若以體重近60公斤的人類來說,則需要一雙面積相當大的翅膀才行。而面積很大的翅膀,需要花費與翅膀相連的身體部位相當大的力氣,因為這樣在強度上才有辦法拍動翅膀。

 

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