魚、流線體和船

從人類懂得造船開始，就一直為如何提高船的航行速度而努力。任何物質(zhì)在水中運動都會受到水流不同程度的阻力。這個阻力由水流經(jīng)運動物體表面的三種形式組成：一是平流，水很平滑地從運動物體表面流過，流動跡線規(guī)則，摩擦很少，對運動物體的阻力最?。欢峭牧?，水粗糙地從運動物體表面流過，流動跡線很不規(guī)則，摩擦增大，對運動物體的阻力很大；三是漩渦，水流遇低洼處所激起的螺旋形水渦，對運動物體的阻力最大。這三種形式的阻力的總和愈大，運動物體在水中前進的速度也就愈慢。因此，必須盡量減少船前進時所受的阻力，才能使船的航行速度加快。

魚類終生生活在水中，對水環(huán)境有很好的適應能力。人們在設計船的式樣時可從這些動物身上得到一些提高船速的啟示。盡管魚類按其各自的生活方式有多種多樣的體型，但是人們發(fā)現(xiàn)其中最常見的一種體型叫紡錘形，又稱流線型，這種體型的特點是：頭、軀干和尾三部分比例適中。魚身的三個體軸以從頭到尾的長度最長，背到腹的高度次之，左到右的寬度最短。整個魚體形狀像一只紡梭，兩頭尖，中間厚，其橫切面為橢圓形，它的身體最厚的部位是在頭后至體前這一段，自此后均勻地向后方漸漸地變窄，整個體型顯得渾圓結實光滑，可以減少湍流，將水流的摩擦力減少至最低限度。一些快速游動的魚類如金槍魚、馬鮫魚、鮪魚、鰹魚、箭魚和鯊魚等都是這種體型。有關魚類的游泳速度很少有精確記錄，有人說鮪魚的時速可以達到90公里。魚類學家戈特教授說今天在美洲海邊見到的鮪魚，可能是在前晚經(jīng)過好望角的。不管這些說法是否可靠，但是都無非說明鮪魚游泳速度快。對這樣的著名速游魚類，仿生學家當然會對它進行研究，它的身體剖面相對長度是3．6米，相對厚度是0．28米，這個相對厚度對鮪魚的游速快起到什么作用呢？實驗證明：0．28米這個相對厚度是恰到好處的。相對厚度小于0．28米時，形狀阻力雖有減少但摩擦阻力增大很多，相對厚度大于0．28米時，摩擦阻力雖有減少但形狀阻力又增大很多，因此說鮪魚獲得了最理想的相對厚度，這種體型使受到的摩擦阻力和形狀阻力共同作用減少到最低程度，這就難怪鮪魚能在轉(zhuǎn)眼之間，游離人的視線之外。美國按照鮪魚的體型，設計制造成功的”飛魚號”核潛艇，達到航速快，靈活性大的效果?，F(xiàn)代的潛艇和魚雷等也都是按照流線型來設計的。

空氣和水都是流體，船在水中受到水流的阻力，飛機在空中受到氣流的阻力，兩者都受流體力學規(guī)律的制約。船艦設計師可以模擬的一些東西對航空設計師來說也是有用的。航空設計師們也模擬鮪魚的體型，設計新的噴氣式高速客機，增加機身的相對厚度，從而減少了飛行阻力，同時也擴大了機艙。

魚類的體型對魚類運動速度有很大影響。但是，為什么藍槍魚和馬鮫魚同樣具有完美的流線型體型而藍槍魚總是游得比馬鮫魚快一些呢？這足以說明體型僅是影響游速的一個方面，還有很多方面可以影響游速。英國的瓦茲發(fā)現(xiàn)藍槍魚的尾鰭前比馬鮫魚多了一個臀鰭，他認為這個構造有利于魚身作急轉(zhuǎn)彎。他按照藍槍魚的這一結構，在設計輪船“武爾為吉”號時，在船尾前增加了一個類似“側鰭”裝置，試航結果，縮小了船體轉(zhuǎn)彎時的距離和時間，從而也就提高了航速。

人們發(fā)現(xiàn)魚尾的形狀也是多種多樣的，它與游速也有很大關系。通常尾柄細而堅實有力，兩側有骨狀小突起，尾鰭上下端尖長，展開時呈新月形的鰭，大多數(shù)游速快，如魷魚和鰹魚等的尾，只要用力一擺，就能急速前進幾十米，因為魚尾擺動，使水流變成彎曲波，大大提高了運動速度。

為了減少機械運動時所受的摩擦阻力，使用滑潤油之類是一種行之有效的方法。其實魚類早就在使用這種方法了。魚類的皮膚含有豐富的單細胞腺，能分泌大量的黏液，在身體表面形成一層黏液層，一些無鱗的魚類更是黏滑。黏液的功能有很多，其中有一個功能就是使魚體潤滑，可減少水流的摩擦，有利于在水中游動。有人做過試驗，將魚體分泌的黏液涂在水中運動的物體表面，結果可將水流阻力減少到一半以上，這種黏液的有效期可以長達數(shù)月之久。但是人們要想取得足以噴涂一艘輪船所需要的魚體分泌黏液，談何容易？于是人們試圖用其他化學代用品，如聚氧化二烯水溶液等，雖然可減少摩擦阻力的70%，但是，這種代用品的有效期還不到一天就失去作用。因此，人們研究人工合成魚的分泌液，不過，即便獲得成功，每噴涂一次，也僅能維持幾個月的效能，如果能像魚類那樣，不斷地分泌，那將會有多好。