“我像只魚(yú)兒在你的魚(yú)塘” 魚(yú)的力氣有多大?

科普中國(guó)-科普融合創(chuàng)作與傳播 2021-08-10

  出品:科普中國(guó)

  制作:之遙科普

  監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

  最近各大平臺(tái)釣魚(yú)的視頻非?;馃帷3舜罄斜偷囊曨l之外,普通釣友“翻車(chē)”的視頻也很受歡迎:一百多斤甚至兩百多斤的釣魚(yú)人,動(dòng)不動(dòng)就被魚(yú)給拽下水了!

  

  這對(duì)于沒(méi)釣過(guò)魚(yú)的朋友來(lái)說(shuō),可能會(huì)感覺(jué)到不可思議:

  把他們“拉下水”的魚(yú),可能是幾十斤甚至才十幾斤,和人相比根本不是一個(gè)重量級(jí)。

  魚(yú)哪兒來(lái)這么大力氣?體重只有十幾斤的魚(yú)為什么能將十倍于自己體重的人拉下水呢?

  魚(yú)鰭的秘密

  魚(yú)咬鉤后,人和魚(yú)的Battle就是力氣的比拼。人得靠肌肉使勁兒,靠著身體的姿勢(shì)來(lái)把控方向,而魚(yú)的鰭可以同時(shí)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(dòng)物,魚(yú)類(lèi)包括圓口綱、軟骨魚(yú)綱和硬骨魚(yú)綱等三大類(lèi)群。

  

  魚(yú)的外觀(圖片來(lái)源:人教版生物必修一)

  以生活中常見(jiàn)的硬骨魚(yú)為例,魚(yú)身體表面分布著大小、形狀各不相同的魚(yú)鰭,分別為背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭、尾鰭,一般常見(jiàn)的魚(yú)類(lèi)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(dòng)力的同時(shí),也決定著前進(jìn)的方向。如果失去尾鰭,魚(yú)類(lèi)就無(wú)法改變行進(jìn)的方向了。而胸鰭相當(dāng)于陸生動(dòng)物的前肢,對(duì)魚(yú)類(lèi)具有運(yùn)動(dòng)、平衡和掌握運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)能,當(dāng)魚(yú)失去胸鰭時(shí),魚(yú)體會(huì)左右搖擺不定。

  腹鰭相當(dāng)于陸生動(dòng)物的后肢,具有協(xié)助背鰭、臀鰭維持魚(yú)體平衡和輔助魚(yú)體升降轉(zhuǎn)向的作用。背鰭用于保持魚(yú)體側(cè)立,對(duì)魚(yú)體平衡起著關(guān)鍵作用,若失去,會(huì)失去平衡而側(cè)翻。

  但也有些體形長(zhǎng)的魚(yú)類(lèi),可以通過(guò)背鰭和臀鰭協(xié)助身體運(yùn)動(dòng),并推動(dòng)魚(yú)兒急速前進(jìn)。如帶魚(yú)的背鰭、電鰻的臀鰭、海鰻的背鰭和臀鰭都能推動(dòng)魚(yú)體向前運(yùn)動(dòng);臀鰭還可以協(xié)調(diào)其它各鰭,起平衡作用。若失去它,魚(yú)身會(huì)輕微搖晃。魚(yú)類(lèi)的運(yùn)動(dòng)與體形和鰭的變化有著非常密切的關(guān)系。

  魚(yú)鰭是魚(yú)類(lèi)運(yùn)動(dòng)最主要的動(dòng)力來(lái)源。當(dāng)然,魚(yú)的力氣大小受到多方面因素的影響,它和魚(yú)本身的大小也相關(guān)。一般來(lái)說(shuō),小魚(yú)的爆發(fā)力更強(qiáng),但并不持久,大魚(yú)發(fā)力較慢,但力氣很大、難以控制,這一點(diǎn),相信釣魚(yú)愛(ài)好者們肯定深有感觸哦。

  人會(huì)蛙泳蝶泳不算啥 魚(yú)還會(huì)“波浪泳”“噴水泳”呢!

  能把釣魚(yú)人拽到水里,這和魚(yú)兒們都是“水中健將”息息相關(guān)。要想做到“如魚(yú)得水”,自在游動(dòng),魚(yú)兒還得在通過(guò)魚(yú)鰭獲取力量的基礎(chǔ)上,組合出不同的運(yùn)動(dòng)方式后,才能游出完美的泳姿。

  而魚(yú)兒的運(yùn)動(dòng)方式有這樣幾種:

  (1) 利用軀干部的肌肉收縮和尾鰭的擺動(dòng)來(lái)游泳;

  (2) 依靠胸鰭等的擺動(dòng)劃水運(yùn)動(dòng);

  (3) 利用鰓孔向后噴水引起的反作用力使魚(yú)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(dòng)劃水方式一般用于在流水中靜止的情形中。當(dāng)魚(yú)位于流水中保持靜止時(shí),不需要使用尾鰭,胸鰭的擺動(dòng)產(chǎn)生輕微推力就能讓它們保持靜止;而鰓孔噴水一般只有在遇到危險(xiǎn)時(shí),魚(yú)兒想要“逃之夭夭”,才會(huì)使用。

  

  魚(yú)的游動(dòng) (圖片來(lái)源:wirefax)

  魚(yú)類(lèi)利用軀干部的肌肉收縮和尾鰭的擺動(dòng)來(lái)游泳的方式,被稱(chēng)為波狀擺動(dòng)推進(jìn),大部分的魚(yú)類(lèi)和水生哺乳動(dòng)物(鯨魚(yú)、海豚等)都采用這樣的方式。前進(jìn)時(shí)魚(yú)體彎曲,會(huì)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(shí)就會(huì)產(chǎn)生向前的推力。

  波狀擺動(dòng)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(dòng)。

  而生活中,最常見(jiàn)的魚(yú)兒游泳方式是鲹科模式,在游動(dòng)過(guò)程中,魚(yú)體前部分基本不動(dòng),從中部開(kāi)始至魚(yú)尾進(jìn)行擺動(dòng),且擺動(dòng)幅度從中部至魚(yú)尾逐漸增大。

  月牙尾模式則出現(xiàn)在海豚、鯨魚(yú)身上,它們主要通過(guò)巨大的月牙形魚(yú)尾來(lái)實(shí)現(xiàn)推進(jìn),不斷向前游動(dòng)。

  通過(guò)波狀擺動(dòng)獲得前進(jìn)動(dòng)力的魚(yú)類(lèi),會(huì)在身體表面形成一層旋轉(zhuǎn)的水流,被叫做“渦”。當(dāng)魚(yú)向前運(yùn)動(dòng)時(shí),渦會(huì)沿著魚(yú)身向后滑動(dòng),在魚(yú)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(dòng),為魚(yú)提供向前游動(dòng)的推力,這就是“反卡門(mén)渦街”現(xiàn)象。

  

  卡門(mén)渦街現(xiàn)象(圖片來(lái)源:Dr. Maarten Rutgers)

  魚(yú)的力氣能把人拽水里 是怎么做到的?

  有了魚(yú)鰭,魚(yú)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(yú)兒才能行動(dòng)自如。二者為魚(yú)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(yú)鰭和游泳方法之外,釣魚(yú)時(shí)“人-魚(yú)-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(yú)咬住魚(yú)鉤后,釣魚(yú)人將魚(yú)竿立起,魚(yú)竿、人手、魚(yú)就形成了一個(gè)杠桿體系。當(dāng)竿尾觸地時(shí),竿尾與地面接觸點(diǎn)為杠桿支點(diǎn),兩只手向后發(fā)力,魚(yú)竿本身為杠桿,竿頭魚(yú)線向前發(fā)力,杠桿,形成!

  

  魚(yú)竿杠桿示意圖(圖片來(lái)源:作者自繪)

  據(jù)圖所示,當(dāng)魚(yú)咬鉤后,人將魚(yú)竿提起至與地面成90°夾角,魚(yú)受到驚嚇向前運(yùn)動(dòng),會(huì)產(chǎn)生兩倍于自身體重的拉力作用在魚(yú)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(lái)平衡。

  一般來(lái)說(shuō),釣魚(yú)時(shí)是坐姿,手握竿位置大約與肩齊平,高度大約為1米。若魚(yú)竿長(zhǎng)度以5米來(lái)計(jì)算,通過(guò)杠桿原理可以計(jì)算得出,人需要付出大約相當(dāng)于魚(yú)體重十倍的力量,才能將魚(yú)拉住,這可不是小數(shù)字!如果上鉤的魚(yú)體重為5KG,那么就需要釣魚(yú)者瞬間使出50KG的力量來(lái)保證自己不被魚(yú)拉下水。

  當(dāng)然,上述情況建立在釣魚(yú)人用蠻力“硬拉”的情況下。實(shí)際釣魚(yú)中,可以通過(guò)“8字溜魚(yú)”等技巧來(lái)減少和魚(yú)正面對(duì)抗。所以,愛(ài)釣魚(yú)的小伙伴們注意了,用蠻力硬拉很可能斷線斷竿,甚至被魚(yú)拉下水哦!

  

  當(dāng)魚(yú)咬鉤后,竿子由于各種原理無(wú)法立起,人只能通過(guò)變成水平方向的魚(yú)竿來(lái)拉魚(yú),這樣的情景被稱(chēng)作“拔河”。此時(shí),由于人發(fā)力方向和魚(yú)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(yú)的力也并不是很大??墒?,“最輕松的姿勢(shì)往往最危險(xiǎn)”,這種情況往往是最容易被拉下水的,為什么呢?

  

  圖片來(lái)源:釣魚(yú)吧

  首先,出現(xiàn)“拔河”的狀況,一般是因?yàn)轸~(yú)太大了,魚(yú)竿無(wú)法保持直立,此時(shí)若想拉住魚(yú)所需的力量本身就很大;再者,魚(yú)竿被拉直時(shí),人的手臂也被拉直了,無(wú)法發(fā)力,很多溜魚(yú)的技巧就無(wú)法施展,釣魚(yú)人只能用蠻力和魚(yú)對(duì)抗,真是“巧婦難為無(wú)米之炊”。

  此外,釣魚(yú)時(shí)人一般為坐姿,此時(shí)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(yú)拉到水中,從“你釣魚(yú)”變成“魚(yú)拽你”。

  在熟知“人-魚(yú)-釣竿”的力學(xué)原理上,運(yùn)用適當(dāng)?shù)摹傲雉~(yú)”技巧不但能讓咬鉤幾率增加,還能降低將魚(yú)拉上岸的難度??偠灾?,釣魚(yú)是一項(xiàng)和魚(yú)兒“斗智斗勇”的運(yùn)動(dòng),用蠻力可是很難在和魚(yú)的拉鋸戰(zhàn)中取勝。

  參考文獻(xiàn):

  1. 丁進(jìn). 尾鰭空間擺動(dòng)推進(jìn)理論研究[D].江蘇科技大學(xué),2018.

  2. 朱君. 仿鯵科魚(yú)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(yú)類(lèi)游動(dòng)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(yú)類(lèi)波狀擺動(dòng)推進(jìn)的數(shù)值模擬[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯),2005(S1):921-928.

責(zé)任編輯:王超

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