又到秋天，你知道豆荚为何能将豆子弹射出去吗？

国庆节后，秋天的味道更浓了。漫步在收获的田野，蓝天白云下的金黄色充满了成熟谷物的香味。在轻松愉快的气氛中，你进入了一片尚未及时收割的大豆田。突然，有一条裂缝，你发现几个豆荚裂开了，几颗豆子被弹射到地上。大多数人会嘲笑这种普遍现象，但细心的朋友一定会好奇:为什么小豆荚有这么大的力气把“黄胖子”扔出去？

秋天来了，这是大豆成熟的季节(图片来源:*)

大自然为植物创造了各种各样的种子传播方法，这非常有趣。例如，苍耳有可以偷偷钩在动物毛皮或人类衣服上的钩子，因此可以入侵很远的地方。另一个例子是翅果，它的子房壁将发育成一个薄的有翼果皮，可以随风传播。一般来说，植物可以通过三种方式传播种子:动物传播、风传播和自我传播，它们与果实的结构和功能密切相关。作为自力更生交流的领导者，大豆抱着“万物不求人”的态度，努力建设自己的豆荚。

与自力更生的大豆不同，苍耳总是秘密地利用他人传播种子(图片来源:keys.lucidcentral.org)

询问孩子母亲的心理阴影区域…(照片来源:新浪博客)

拿起一个豆荚，我们可以很容易地看到它的外层较暗，内层较浅。颜色的差异与微观结构的组成有关。豆荚的外层是长而厚的活细胞，它们不仅负责运输和储存大豆宝宝生长所需的营养，还充当保护屏障。虽然荚果的内层也是由厚壁成纤维细胞组成，但它是死细胞。它们像盔甲一样紧紧包裹着大豆宝宝。尽管它们不消耗任何营养，但它们提供了最细致的保护。

科学家利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等仪器对荚果的横截面进行了详细观察，进一步发现荚果内层和外层的纤维方向是垂直的(即正交的)，都与荚果的长度方向成45度。

内(左)和外(右)豆荚的显微结构(照片来源:文献

复合材料的铺设(照片来源:今天的玄武岩)

然而，人类使用现代复合材料的历史只有几十年，与豆荚相比简直是小巫见大巫。几千年前，豆荚已经制成了纤维复合层压结构，而且它们也是正交层压的！这种结构不仅是保护谷物的坚固盾牌，也是最终排出豆子的秘密。

在金秋时节，大豆成熟了，完成保卫任务的豆荚也逐渐枯萎了。然而，在由于水分损失而导致的荚果收缩过程中，内纤维层和外纤维层之间的收缩程度存在很大差异。每个纤维层都倾向于围绕荚体的长度扭转45度，这在荚体内逐渐积累了大量的变形能量。一旦能量超出承载范围，豆荚就会裂开，原本扁平的两个豆荚会向相反方向卷曲，形成一条像弹簧一样的螺旋带，从而将小大豆发射到远处。

爆炸前的吊舱(左)和爆炸后的吊舱(右)(照片来源:文件[3))

人类在开发弹射装置时，总是设计一系列复杂的东西，如传力机构、控制系统、计时器等。然而，大豆只需要两个简单的豆荚就能实现种子的排出，这真的很神奇。科学研究总是源于生活，服务于生活。在感受大自然神奇的工作的同时，科学家们也从豆荚中了解到了它的双螺旋结构。

一些人已经在人造血管支架的设计中应用了豆荚的双螺旋结构，以生产具有纤维复合层的血管支架。因此，支架可以利用其自身的特殊结构自动弹开，从而降低手术难度。其他人已经开发出一种可以模拟吊舱变形的柔性制动器。膨胀系数小的金属丝和膨胀系数大的凝胶条正交铺设。当温度变化时，凝胶沿金属丝方向仅产生小的变形，而垂直于金属丝方向的凝胶具有大的变形。

庄子曾经说过:“天地有大美，但不说话；四季有明确的规律，但不讨论；凡事都有道理，但不要说话。”现在桂花又开了，为什么我们的朋友不放下手机和电脑，在花草树木间流连，欣赏大自然的美景，从常见现象中学习科学的精妙原理呢？

参考:

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