鱼为什么生活在水里? 鱼儿为什么会游 _鱼儿

鱼为什么会游泳(鱼为什么生活在水里？)
出品:科普中国
:苏成宇
监制:计算机信息中心
这似乎是一个很自然的问题:“因为鱼有鳍，就像人有脚一样，所以鱼会游泳” 。
如果你被这句话困扰，甚至可以用“因为是鱼，所以会游泳”的方式来回答。
但事实真的是这样吗？鱼鳍是鱼游动的主要动力来源吗？
如果深入挖掘，你会发现这个问题其实并不简单。
来源:吉菲动画
很早以前，人们就意识到游泳是动物最省力的运动方式。
行走、飞行、游泳，如果让你选择一种从A点移动到B点的方式，你会选择什么？
我想大多数人会选择坐飞机。
的确，对于个人来说，坐飞机是最快的运动方式，但如果只考虑能量消耗，坐飞机并不是更优解。
科学家发现，松鼠爬行移动1公里需要22.73J的热量。海鸥飞行需要消耗6.07J的热量；三文鱼只消耗1.63J热量，约为松鼠的1/20，海鸥的1/6 。
即使你找到一个和三文鱼一模一样的物体，以同样的速度放入水中拖动1公里，科学家发现，游动的三文鱼消耗的能量只有前者的1/7-1/8 。
显然，游泳是动物最省力的方式。
既然鱼游泳的效率如此之高，人类肯定会想模仿它，制造一种水下推进装置，以和鱼一样的方式运动。
你可能会想，我们不是已经有潜艇了吗？
但即使是最快的核潜艇，由螺旋桨推进，速度也只有每小时44.7节，也就是每小时80.4公里。水中最快的旗鱼时速可达112公里。
不仅仅是速度问题，潜艇推进的噪音和能耗也是问题，高速旋转的螺旋桨也会产生空冲蚀效应，导致螺旋桨磨损。
所以人类一直想模仿鱼的游泳方式，设计更先进的水下下载设备，也就是所谓的仿生学。
但要想模仿，首先要了解鱼游动的原理。
之一个问题是，我们应该选择哪种鱼作为研究对象？
如果你仔细观察鱼的运动模式，你会发现大多数鱼的运动方式都是一样的:利用尾巴和身体肌肉的收缩规律地左右扭动，专业上称为身体和/或尾鳍推进模式(BCF) 。
鱼如何游泳|来源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _ things/fish/howdofishwim . phtml
科学家发现，不同的鱼扭动的幅度和频率不同，但核心是扭动。
当然，鳍的摆动在游泳中也起到一定的作用，主要是调整方向，主要的驱动力来自于身体的扭动，尤其是在鱼快速移动的时候。
所以鱼鳍不是鱼游动的主要动力来源，而是躯干的扭动。
不同鱼的鳍大小形状不一样|来源:https://tpwd.texas.gov/kids/wild _ things/fish/howdofishwim . phtm
由于鱼的主要运动方式是躯干的扭动，所以研究它们扭动的细节是有好处的。
前面说过，不同鱼的摆动幅度是不一样的，有的大，有的小。扭转幅度大的叫波浪型，扭转幅度小的叫摇摆型。不
无论分类如何，这两种推进方式的基本运动原理都是一样的。
不同的鱼在不同的范围内摆动|来源:文献3
作为科学研究，必须优先选择那些摆动幅度大的鱼作为研究对象，因为摆动幅度越大，越容易观察到摆动细节。
哪种鱼的摆动幅度更大？
自然是鳗鱼、鳗鲡等长鱼，因为体型越长，肌肉收缩产生的波动越明显。
鳗鱼的运动方式主要靠身体的波浪运动|来源:giphy动画
所以很早，科学家们就用鳗鱼等长鱼做实验，主要是用高速摄影来捕捉它们的运动模式。
用摄影技术研究鱼的运动有很大的局限性。
鱼免费。它在水箱里自由游动，它无法做出特定的动作来满足科学家的研究需求。
为了定量分析鱼在游泳过程中的振幅、频率、前进速度等参数，有科学家设计了一种机械装置，可以让一条死鱼的身体产生波浪状的游泳动作。

这个装置通过将一根长杆插入鱼体内，然后摇动装置上的凸轮来控制鱼的运动。
当凸轮转动时，移动杆将驱动鱼产生预定的波浪运动。
这样科学家就可以让鱼按照自己想要的方式移动，研究具体参数也更方便。
记录鱼运动的方式有很多种，但不管是什么研究，还是要总结成理论模型，才能了解运动的具体机制。
通过观察科学家发现，在鱼游泳的过程中，鱼体的肌肉会自始至终收缩，身体会一个个弯曲，产生向后的运动波，进而推动水流产生向前的推力。
三文鱼的肌肉排列顺序|来源:https://tpwd.texas.gov/
至于这种推力是如何产生的，主要有两种理论来解释:
阻力理论和细长体理论(E )
阻力理论