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鱼的浮沉与鱼鳔的作用的另一种解释

2015-05-09 22:39阅读:
鱼体内的囊状组织——鱼鳔,在鱼的浮沉过程中,起着重要的作用。但多数人认为:鱼鳔的扩张与收缩是实现浮沉的直接原因,即鱼向鳔内充气,使鱼鳔的体积变大,受到的浮力变大,鱼就上浮;反之下沉。事实果真如此吗?我们做一个推论,看看鱼上浮时会有什么现象发生。
1标准气压相当于10米高的水柱产生的压强,也就是说:水深增加10米,压强便增大1个标准气压,水压的变化,是巨大的。鱼鳔是柔软而又有弹性的组织,其内部的压强应与外界水压保持一致。当鱼上浮时,水压减小,为保持平衡,鱼鳔内的气压也应随之减小。依波意耳定律:气体质量一定时,在温度不变的情况下,气体的体积与压强成反比。这就意味着:鱼鳔的体积会随压强的减小而增大。这种增大会使鱼鳔的体积急剧的膨胀,甚至危及体内组织器官而导致伤害。
例如,如果1条鱼位于水深20m处(3个大气压)时,鳔的体积为250mL。若此鱼迅速浮至水面,依据波义耳定律可知:其鳔的体积将是750mL。这是相当可怕的。
这一现象的典型例子就是当深水中的鱼被迅速被钓起时,随鱼的上升,鱼鳔的体积会膨胀得很大,有时甚至突出于口外。如果按以往的观点:鱼的浮沉是由鱼鳔的扩张与收缩决定的,在鱼上浮时,鱼还要往鱼鳔中充气,这岂不是在助纣为虐,加剧增大鱼鳔的体积,这将导致鱼受到更大的伤害。
另外,从改变浮力的角度来说也是行不通的。无论是鱼主动的充气还是因压强的变化而增大体积,看似使鱼受的浮力变大,进而上浮。但我们通过计算已知,这种体积的变化是急速且巨大的,这将导致鱼快速的上浮,直至浮到水面才停止。相反的过程,发生在下沉时,就会使鱼一直沉到水底。这样的浮
沉现象,不符合我们在生活中看到的鱼在水中自由的浮沉。
同时,利用鱼鳔来解释浮沉,还有一个无法解释的现象:鱼为什么不会垂直的上浮或下沉。按说,通过改变鱼鳔的体积,直接改变了鱼受到的浮力与重力的关系,完全可以实现垂直上浮或下沉。而这一现象从没有被观察到,鱼的上浮或下沉都是沿一定的角度实现的,这又是为什么呢?
板鳃类如鲨鱼,体内并没有鱼鳔,而且身体的平均密度略大于海水,那么,鲨鱼又是怎样实现自由浮沉的呢?对比鲨鱼与其它鱼类的活动可知道,鲨鱼从不像其它鱼类那样有片刻的停留,而是不停的游动。同时,其他的鱼类,在静止时,也不会发生浮沉现象,浮沉总发生在鱼游动时,这就为我们提供了一个答案:鱼类游动时,躯干和尾部的摆动,提供了前进的动力,鱼鳍就像飞机的尾舵那样通过改变角度控制前进的方向,这也就包括了上浮与下沉。
鱼鳔在鱼的浮沉中究竟起什么样的作用。物理学知识告诉我们,当物体浸没在液体中时,如果物体的密度大于液体的密度,物体就下沉;反之上浮;如果物体的密度等于液体的密度,物体就可以悬浮于液面以下任意处;所以,对于悬浮于水中的鱼来说,不论其位置如何,鳔的体积应当永远保持不变(只有当鱼的身体生长时其大小才会改变),才能保证鱼身体的平均密度始终与周围水的密度的一致。这样,鱼才能够悬浮于水中,轻松自如的游动。鱼在上浮或下沉时,受水压的影响,鱼鳔的体积会随之变化,若要保持鳔的体积不变即保持鱼身体的平均密度不变,唯一的办法就是增加或减少鳔内气体量,上浮时向外排气,下沉时向内充气。这样延缓了体积的急剧变化,同时,也限制了鱼的上浮和下潜的速度,保证了鱼的安全,不致因鱼鳔体积变化危及身体。
综上所述:鱼的浮沉,依靠的是身体的摆动和鱼鳍之间的配合,鱼鳔作用是调整身体体积以保持悬浮状态或减缓浮沉的速度以保证自身的安全。









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