蚂蚁是地球上最成功的生物之一,它们有强大的生存能力,它们在地球的每一个角落构建自己的“文明”,它们甚至培育农作物,圈养其它动物。
我们常常拿蚂蚁和人类做对比,而且很多时候它们好像占了上风,比如今天的话题,从高处落下它们就可以完胜人类。
当谈论一个物体下落时,我们主要考虑两个方面,一个是重力,一个是空气阻力,那么蚂蚁在多高摔下才会死亡呢?
终端速度
蚂蚁在地球上所受的重力基本是恒定的(G=mg),当它下落时,空气阻力和它所受的重力相等时,它将不再加速,这个速度就是终端速度。
通过空气阻力的计算公式(如下图)和重力公式我们可以知道,蚂蚁的终端速度取决于它们的形状、大小和质量有关系。
当一只蚂蚁在空中摔下时,地球加快了它的速度,反过来,空气以与速度平方成比例的力来阻挡它的运动,最终它会达到一个恒定速度。
图为:空气阻力公式
根据伊利诺伊大学物理系的数据,一只中小型蚂蚁的终端速度约为6.4公里/小时(1.8米每秒),和人类走路速度差不多。
如果给定一个形状不变,蚂蚁会下落得更快,但蚂蚁会动,会保持平衡,它会把腿向外伸,让更多的身体暴露在空气中增加阻力,这样下落的速度就会慢一些,就像一张白纸和纸球的区别。
事实上,当一个人双臂和双腿完全伸展迎风飞行时,他的终端速度约为200公里/小时,而当卷曲成一个球时,终端速度约为320公里/小时。
当落地时,无论是蚂蚁还是人类都是瞬间停止,这就必须要消耗掉所有动能,根据动能公式(E=(mv^2)/2)我们知道,动能取决于速度的平方,和当事者的质量。所以蚂蚁以终端速度撞击地面时吸收的能量要比一个同样以终端速度撞地的人要少得多。
一只蚂蚁撞地时的速度为6.4公里/小时,它差不多只吸收同样是终端速度的人类的1/ 26,000,000的能量(假设蚂蚁质量是0.3克,人类为75千克)。
考虑到同样的力作用在人类身上没什么,但是作用到蚂蚁身上却不一样,所以我们还要考虑这样的能量对蚂蚁是否致命。
结实的身体
昆虫的骨骼像盔甲一样包裹着它们的身体,就像坦克一样,但与坦克的钢板不同的是昆虫的盔甲可以变形,吸收并驱散撞击力。
蚂蚁的外表由几层组成,最外层是由一种叫做几丁质(类似于构成指甲的角蛋白)的坚韧物质构成,它让蚂蚁免受伤害。
就算不小心这个外层被打破了,蚂蚁也不太可能流很多血而死亡,因为昆虫的血液具有良好的凝血特性。
另外,蚂蚁的神经系统分布在全身各处,所以蚂蚁的头部可以受到攻击而不受伤害,而头部的攻击对人类来说是致命的。
蚂蚁的循环系统也同样分布,它们的“心脏”像一根长长的管子一直延伸到腹部,外层几丁质保护脆弱的管道免受冲击。
所以,无论从多高摔下都不足以*死蚂蚁,一个是因为终端速度低,另外就是它们的身体构造很完美。
话虽如此,但蚂蚁也绝对不会允许自己从100米高处落地的,因为那样它就搜寻不到其他蚂蚁的化学痕迹了,更糟糕的是捕食者太多了,就算她从100米高处摔下没有受伤也会死掉。
最后
通过一些复杂的计算公式,有研究人员甚至得到了,在正常的大气压下,蚂蚁大约在10厘米处落下就能达到终端速度,所以无论从100米落下,还是从10厘米落下,对蚂蚁来说只是落地的时间不一样而已。
另外,只要动物足够小,它就可以从任何高度掉下来都不受伤,据说这个临界值差不多是松鼠的大小。
所以,猫没有我们想象中那么厉害,因为它的终端速度足以致命,只要够高,还是会摔死它的!