科幻电影中的物理知识Word文件下载.docx

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最先想到的是粘液说，但是经过仔细观察，壁虎的脚上并没有可以分泌粘液的腺体，所以这个说法很快被终结了。

是不是吸盘呢？

自然界里也不乏用吸盘来飞檐走壁的高手，1934年，德国科学家沃尔夫德利特（Wolf-DietrichDellit）在他出版的《壁虎的解剖与生理》（ZurAnatomieundPhysiologiederGeckozehe）一书中记载了一个实验。

德利特把壁虎放在玻璃罩子里，然后把玻璃罩里的空气抽走，结果壁虎仍然可以爬上垂直的玻璃——吸盘说被终结了。

而后人们又想到了静电，把气球在头发上蹭几下它就能吸在天花板上，壁虎是不是这样做的呢？

又有“好事者”用X光将空气电离，然后在电离的空气里放上一块金属板，这时静电荷是不会在金属板上蓄积的。

又一次，壁虎哧溜溜的破解了这个说法。

脚底板有毛，范德华给力

又是被抽真空，又是被X光辐射，壁虎可真没少遭罪。

转了一圈，注意力又重新回到了壁虎的脚上。

早在1872年，就有科学家用显微镜观察发现壁虎的脚底板上布满了细小的刚毛，并且刚毛的末端似乎是弯曲的，于是人们想到了尼龙粘扣。

难不成壁虎的脚底板上长着维可牢不成？

可问题是，维可牢也得两片在一起才能发挥作用啊？

诸如高度抛光的玻璃等光滑的表面并不能阻止壁虎的攀爬，而那里并没有能供小钩子钩挂的突起

由于光学显微镜原理的限制，它的极限分辨率只有0.3微米左右，而壁虎刚毛的直径已经接近了这个分辨率极限。

所以直到上世纪50年代，更高分辨率的电子显微镜的出现，才给人们以研究壁虎神奇攀爬术的工具。

1965年，来自美国加州大学河滨分校的生物学家瑞宝（RodolfoRuibal）把壁虎的脚放在了电子显微镜下，他发现那些看似小钩子一样的刚毛末端，实际上是开叉的，每根刚毛都分成了100-1000根更细的绒毛，这些绒毛极大的增加了壁虎脚掌的面积，特别是当壁虎攀在那些粗糙的物体表面时，这些绒毛更能填满那些细小的坑洼。

说到这里，各位可能要回顾一下中学化学和物理的内容了。

因为接下来我们要提到一个概念，这就是范德华力。

所谓范德华力，又叫分子间作用力，是一种发生于分子与分子之间的吸引力，相比让原子构成分子的那些作用力，范德华力很小，生活中我们往往不会在意到它的存在。

但是这个很小，只是相对来说的。

下面的小实验可以让你体会到范德华力的力量。

找两本厚一点的书，最好是纸张薄软一点的，像洗扑克牌一样把两本书的书页一张压一张的叠在一起。

全部叠完后用手压一压，然后分别抓住两本书的书脊，试试能把它们拉开吗？

把两本书“粘”在一起的力量，就是范德华力。

如果你没有耐心把两本书一页一页的交叠，也可以去买一部新手机。

很多人都特别享受揭开新手机屏幕保护膜的那个瞬间，其实那层膜就是靠范德华力“粘”在手机屏幕上的。

由于范德华力的作用距离非常小，当你揭开保护膜的一角轻轻拉起，只要膜和屏幕不再紧密接触，范德华力就失去了作用，这时那层不管你怎么搓怎么蹭都不会掉的膜，就轻松脱落了。

壁虎的脚趾，使用的正是“揭膜大法”。

壁虎爬墙，疑问尘埃落定

壁虎爬墙问题的最终解决，一直要等到2000年。

这一年，来自美国刘易斯克拉克大学的凯拉奥特姆（KellarAutumn）小组和加州大学伯克利分校的罗伯特福（RobertFull）合作发表了文章，详细描述了壁虎脚刚毛的结构，计算出了壁虎脚的“吸力”大小。

这些科学家选择了我国南方和东南亚地区常见的蛤蚧作为研究对象。

之所以选了它，是因为蛤蚧是世界上体型最大的壁虎，成年体长近40厘米，重近300克。

事实上蛤蚧几乎是依靠范德华力飞檐走壁的最重的动物。

经过测量，蛤蚧每个脚掌的面积大约是227平方毫米，共长着3268800根刚毛，总共可以产生约20牛顿的吸附力，而它的重力只有大概3牛顿。

也就是说，仅凭一只脚，壁虎也可以牢牢的吸附在天花板上。

同时，这两个小组还解决了两个关键问题：

首先，壁虎是怎样拔脚的？

既然它的脚可以产生这么大的吸附力，壁虎又是怎样做到收放自如的呢？

其实，壁虎是在用揭手机膜的方法拔脚的。

通过高速摄像机，科学家们观察到壁虎每次拔脚都是从向上卷曲趾尖开始的，相当于先揭开一角。

从弯曲趾尖到整个脚脱离平面，只用短短的15毫秒

壁虎脚趾叶状结构上，有着数以百万计的刚毛，每根刚毛又都分成100-1000根更细的绒毛，这些绒毛极大的增加了壁虎脚掌的面积。

图/chemengr.ucsb.edu

那么，壁虎脚上的这些刚毛粘了脏东西怎么办？

如前所述，范德华力的作用距离很小，就好像手机贴膜如果粘了灰尘，就不好使了。

壁虎生活的环境可不是那么干净，灰尘、花粉颗粒，这些都足以让壁虎失足，可是也没见哪只壁虎好端端的从天花板上掉下来。

经过研究，壁虎的刚毛不但拥有像荷叶一样的“超疏水性”，任何水滴都会从它的表面滑落下来顺便带走灰尘；

而且它刚毛上的绒毛尺寸比灰尘小得多，以至于这些绒毛对灰尘的吸附力不及灰尘与墙面的吸附力，这是真正的踏雪无痕。

壁虎手套？

这个真没问题

有了这么好的研究，那些工科男肯定不会干坐着。

别的不说，哪怕是用这种技术改造一下足球守门员的手套——那些著名的“黄油手”门将肯定得排队去买。

2001年，美俄两国科学家共同开始研发“壁虎胶带”，这是胶带史上的一次革命，因为这种胶带是真正的“不湿胶”胶带，也就是所谓的干性粘接。

2003年，成品问世，这是一种甚至动用了可以操纵单颗原子运动的原子力显微镜在内的各种精密仪器生产出来的胶带。

半个指甲盖那么大一点就可以把一只蜘蛛侠玩偶粘在天花板上。

但是，与壁虎相比，它的粘性还太低，寿命也太短。

更关键的是，这玩意儿奇贵无比，经过计算，制造能粘住一个人重量的壁虎胶带，需要花费100万美金。

2005年，美国的一组科学家用碳纳米管模拟了壁虎刚毛的结构，这种碳纳米管胶带的粘性甚至大于天然的壁虎脚。

问题依然是，材料过于脆弱，几乎无法重复使用，并且还是太贵。

不过没关系，电子计算机刚问世的时候还又贵又不好用呢。

虽然仿生壁虎脚还面临很多难题，科学家们已经为它描绘了美妙的未来。

手术切口？

粘一条！

轮胎打滑？

爬墙机器人？

一个脚上粘一条！

以后再也不用担心不干胶贴纸撕不干净难清理了。

至于壁虎手套，那自然是没有问题。

而且，真正的壁虎手套比阿汤哥那双要高档得多，因为干性粘接本身无需能源，因此没电失效这种事是不会发生的。

但是真正造出来的壁虎手套可能没阿汤哥那双那么拉风，或者说过于拉风了。

前面我们说了，蛤蚧几乎是用范德华力爬墙的最重的动物。

而壁虎手套产生的粘性与手套的面积成正比，而它需要克服的重力则与物体的体积成正比。

拿人与蛤蚧相比，人手掌的面积大约是蛤蚧前脚掌面积的70倍，而体重则是蛤蚧的200多倍。

还要考虑到人的脚没有蛤蚧脚灵活，不太好布置一副脚套。

因此人的“壁虎手套”面积应该比手掌大五六倍才能如蛤蚧般牢靠。

事实上，在现实生活中已经有地球人利用壁虎手套爬墙了。

2008年，业余攀岩爱好者沃林斯基小姐（LynnVerinsky）用罗伯特福教授设计的“壁虎手套”——实际上是“壁虎板子”成功爬了一段垂直的墙壁。

当然，绝对没有阿汤哥在哈利法塔外墙上那般潇洒。