让人像鸟儿一样展开双翅翱翔

今天，尽管人类已经制造了飞机、火箭、宇宙飞船和航天飞机，但他们像鸟儿一样展开翅膀已经有几千年了，他们在蓝天上*翱翔的愿望丝毫没有减弱。数百次实践证明，人类用自己的身体像鸟儿一样飞翔是绝对不可能的。不管你挥动手臂多么用力，你都不能飞离地面。

难道人类只是缺少一对翅膀吗？不完全是。如果野鸡被放大到像人一样，它会像石头一样直直地掉在地上。如果你给像西方神话中的伊卡洛斯这样的孩子插上一对翅膀，翅膀的长度等于高度，宽度等于高度的四分之一。然后，新的伊卡洛斯的手臂必须发出1.5马力，大约是成人最大持续功率的4倍。

重量、形状和力量在飞行中都起着一定的作用。要飞行，任何生物必须首先有足够抵消其重量的外力。这个外力是由空气提供的。在地球的海平面上，空气对任何方向的物体都有1公斤/平方厘米的压力。为了获得升力，生物体必须设法降低其顶部的空气压力，以获得从底部到顶部的净压力。

鸟类和飞机依靠形状合适的翅膀来获得向前运动的外力。鸟类弯曲和后掠的翼尖使空气从上面流动比从下面流动快，从而形成向上的净压力。压力的大小与空气的密度成正比，也与前进速度的平方成正比。没有运动，就没有升力；鸟儿没有空气就不能飞行(例如，在月球上)。

为了飞行，一个人必须有速度、空气和足够的机翼面积。例如，以每小时56公里的速度，可以获得每平方厘米约0.07公斤的外力。翼展面积为3000平方厘米，总共可以获得2公斤的升力，足以支撑一只普通的鸟。如果前进速度再次增加，只要机翼面积较小，就可以获得相同的升力。反之亦然。事实上，鸟类也根据自己的需要有自己的选择。例如，大蓝鹭有细长的腿可以涉水。为了在着陆时不打断这些长腿，它必须飞得非常慢。因此，苍鹭的翅膀面积相对较大。另一方面，野生雉鸡需要在较低的森林中活动，因此它们的翅膀太大且不方便。为了用他又小又短的翅膀让自己保持在空中，这只野鸡飞得非常快。我们可以比较相关数据:大蓝鹭平均重3公斤，翅膀面积约0.5平方米；野鸡的重量与翅膀面积之比是苍鹭的3倍，飞行速度为每小时80公里，是苍鹭的2倍多。飞行像任何其他身体活动一样消耗能量。没有摩擦力，水平飞行的鸟可以不费力地无限滑行。但事实上，由于空气阻力，鸟类在飞行中必须扇动翅膀并消耗能量。根据空气动力学分析，飞行阻力大约是升力的二十分之一。为了抵消阻力，苍鹭在飞行过程中必须持续消耗1/50马力的能量，扇动气旋云。同样形状的鸟，重量越重，每公斤重量必须支付的功率就越大。如果一只鸟的大小在所有方向上增加三倍，它的形状保持不变，它的重量和体积将增加到64倍，飞行所需的动力将增加到128倍。扭转这一趋势的唯一方法是改变形状。例如，如果鸟的身体形状和重量保持不变，只有翅膀面积增加到4倍，那么它只能用一半的力量飞行。在长途迁徙飞行中，许多鸟类可以通过利用前鸟拍打翅膀产生的上升气流来节省一些能量。然而，当单独飞行时，重量和身体形状决定了飞行所需的动力。

科学家发现，如果与同等重量相比，生物产生有用功的效率要比内燃机低得多，一个人能输出的最大机械功仅为同等重量内燃机的1%。莱特兄弟制造的第一架飞机的发动机输出功率是12马力。如果一个有机体想要获得同样的输出功率，它需要一头大象的帮助。

然而，生物的身体越小，输出功率有限的问题就越小。与大型动物相比，动物越轻，每公斤体重的力量就越大。一匹重400公斤的马可以产生1马力。如果我们以此为标准，逐渐减少动物的体重，我们发现每减少50%的体重，输出功率只能减少40%。当它降到30克以下时，你会发现4000只老鼠的总能量是人类的9倍，尽管两者的重量相等。

人们的工作能力不如老鼠。这个计算结果相当令人尴尬，但并不奇怪。与大多数发动机和机器不同，动物的肌肉释放的热量比有用的工作多。如果这些热量不能及时散发，体温会迅速上升到生物体无法忍受的程度。由于热量的散发通常是通过表皮实现的，所以生物体产生的热量和机械功大致与其身体表面积成正比。这样，功率的比重就变成了身体表面积的比重。小物体的表面积与体积之比大于相应的物体之比。这个简单的数学知识解释了为什么生物有高效率和小比率。这样，随着体重的增加，飞行所需的动力增加得比生物体本身提供的动力快得多。除非生物的体形有明显的变化，否则重量轻的动物在飞行方面显然有优势。尽管鸟类已经飞行了10，000年，但真正能飞的最重的鸟——大鸨，重量很少超过14公斤。秃鹫等大型鸟类只能被视为滑翔鸟类，部分依赖于上升的热气流。至于155公斤的鸵鸟，它从不离开地面。为了自卫，它在陆地上选择了体积和速度而不是飞行。