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昆虫和鸟类飞行的动力分析

2019-06-07 09:58阅读:
昆虫和鸟类飞行的动力分析
解释鸟类和昆虫飞行的动力原因是经典动力学的难题。而物体质量空间的弯曲,可以为我们提供揭开飞翔之谜的新思路
我们把物体质量视为质点,前提是物体惯性质量空间为时间均匀的空间,如果物体在运动中存在转动或翻滚,可以用物体质量空间中的不同位置存在相对的膨胀时间解释,也就是说,物体的惯性质量空间是弯曲的。物体所在空间的弯曲使质点物体相对运动的改变(如万有引力),那么,物体惯性质量空间相对其所在空间的弯曲,等效于弯曲空间中的物体质点。也就是说,物体惯性质量空间相对其所在空间的弯曲,也将导致物体相对运动的改变。
我们知道,受力物体的相对运动状态可以被改变,也就是在其所在时空状态不变情况下,物体相对质量(动质量)的被改变,或说惯性质量空间的时空状态被改变。如果约束被作用物体的相对状态,使对其作用不至于改变其相对状态,那么对物体的约束必须产生相对的时空改变以保持物体的惯性,或者说增加物体的相对质量。
据此,我们设一质量密度均匀的物体,且体积空间是由一端向另一端的连续改变,即物体的惯性质量大小由一端向另一端连续改变而质量密度不变。当物体相对参照系静止,物体的惯性质量空间是与参照系空间相同的均匀时间空间,当物体两端相对参照系同速平行运动,且受到大小相同的阻碍,那么,物体两端的相对质量(动质量)改变相同,也就是物体两端在不同惯性质量(静质量)基础上的增量相同,所以,惯性质量的较小端,相对质量的密度大于惯性质量较大端,或者说,惯性质量较小端的空间时间的膨胀率大于惯性质量较大端。也就是说,该物体的惯性质量空间在相对运动中被运动的阻碍所弯曲,弯曲的方向就是相对时间的膨胀连续增加的方向,也就是惯性质量较小的一端。
鸟类和昆虫的翅膀都是沿翼弦由前缘到后缘的惯性质量以及体积都是逐渐减小的。所以,当鸟类和昆虫拍动翅膀,空气的阻碍使翅膀空间沿翼弦由
前向后时间的膨胀率逐渐增大,也就是说,翅膀的惯性质量空间是沿翼弦向后弯曲的。所以,相对拍动的翅膀,它们所在的自然空间是由后向前“相对弯曲”的,翅膀质量空间的弯曲,使鸟类和昆虫置身于一个相对的“引力场”中。
鸟类和昆虫拍动翅膀近似在一个平面内,该平面称为拍动平面,而始终垂直于拍动平面的翼弦由后缘向前缘的方向,就是因翅膀质量空间弯曲所产生的“力”的方向,这个力足以解释我们所观察到的鸟类和昆虫的飞行姿态。
当昆虫空中悬停时,拍动平面几乎是水平的,这是因为,拍动平面水平时,翼弦与地面垂直,以一定频率的拍动,可使翅膀空间的弯曲与地球表面的空间弯曲一致,也就是地球表面空间的弯曲相对拍动的翅膀已不存在,地球对翅膀的引力为零。如果翅膀拍动的频率再增加,翅膀空间的弯曲大于地球表面空间的弯曲,翅膀将挟持昆虫身体悬停在空中。
当昆虫前飞时,拍动平面是向前倾斜的,翅膀空间在垂直向下的弯曲分量用以抵消地球表面的空间弯曲,水平向后的弯曲分量产生向前的飞行动力。
鸟类的翅膀与飞机的机翼类同,前飞时会由相对气流产生升力,所以,鸟类可以在空中依靠惯性滑翔和盘旋,加速前飞时的翅膀拍动平面也可以接近与水平面垂直。
同理,鱼类由头至尾是逐渐细小的质量空间改变,扭腰摆尾会产生身体相对时间的膨胀向后连续改变,并且是,越接近尾部的相对时间膨胀率越大,因此可以产生很大的前进动力,甚至可以在湍急的水流中快速逆行。
当然,根据牛顿的惯性定律,没有相互作用,物体不可能在“均匀平滑”的“真空”中无故改变相对运动的速度,也就是不可能无故改变其相对时间。空气对翅膀拍动的阻碍,调动了昆虫和鸟类的生物能量对空气粒子的相对状态改变,也改变着翅膀的相对时间,所以,在隔绝空气的“真空”中,鸟类和昆虫拍动翅膀所能够调动的生物能量不足以支持它们的飞行。也就是说,昆虫和鸟类的飞行离不开空气,但与传统的空气动力学无关。
结论,昆虫和鸟类飞行的奥秘,在于空气对翅膀拍动的阻碍所产生的翅膀空间相对其所在空间的弯曲。所以,力的大小可以根据弯曲空间对质点物体的作用描述为:
F=c2×m×N / r2
式中F的方向是沿翼弦由后缘到前缘,m为翅膀的惯性质量,r为翅膀平均翼弦长度,c2使F的单位为牛顿,N为每单位平均翼弦的时间膨胀率的改变量,即r间的空间曲度。由于拍动翅膀的频率变化和速率从零到最大值的不断变化,以及不同高度的空气密度不同,所以,N值的确定较为复杂。
另外,昆虫和鸟类拍动翅膀,还会有一个由翼尖指向翼根的力产生,可用以稳定飞行方向。

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