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第10版:科技服务·科普
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2021 年 02 月 02 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

企鹅走路为什么会摇摇晃晃

苏澄宇

  都说企鹅可爱,人们之所以觉得它可爱,一部分是因为它憨态可掬,配色和熊猫一样都是黑白相间的;另一部分是因为它走起路来摇摇晃晃。不过企鹅走路为什么要左右摇摆呢?

  为了提高行走效率

  加州大学伯克利分校和科罗拉多大学博尔德分校的科学家做了一个研究,关于企鹅走路的力学分析。他们发现企鹅这么走路是为了提高能量的利用效率。科学家在海洋公园找了5只帝企鹅,在一个专门为企鹅设计的“跑步机”上测试企鹅每一步的力量大小、方向以及移动速度。研究中,两个科学家测量了帝企鹅行走过程(0.5m/s)中的能量回收率,居然达到了80%,超过了人类的能量回收效率。不仅如此,研究者还认为企鹅步态是所有陆行动物中能量回收率最高的。

  假如企鹅没了摇晃的侧向运动,那么它的步行效率将会降低很多。因为企鹅在左右摇摆的时候,重心会发生变化,产生重力势能,进而转化为动能。因为它们的腿太短了,而且大部分的腿还藏在了厚厚的羽毛下面,这导致它行走困难,所以企鹅行走消耗的能量是同体形动物的两倍。

  最后,科学家得出结论,企鹅的步态不是因为左右摇晃才耗能高,而是因为腿太短了,相反,左右摇晃是为了弥补腿短的缺陷。

  为了节省能量

  后来,其他科学家对企鹅步态做了进一步的研究,看看体重变化会不会对步态造成影响。只不过这次不用帝企鹅做测试,而是找了10只王企鹅,而且它们的体重也比一般的企鹅要重。同样地,它们也被安排上了跑步机,跑步机速度为每小时1.4公里。另外也多记录了企鹅三轴运动(前后、上下、左右)加速度的数值。

  它们在保持原有体重的情况下,先在跑步机上测试,科学家记录了运动时候的相关数值。后来,科学家让王企鹅禁食两个星期,体重减下来了2公斤,然后再上跑步机测试。

  原本以为,体重变轻了,走路自然轻松了,速度自然会加快。因为不管是现实中的观察,或者一些科学研究,都表明肥胖的人或者孕妇很容易改变步态来应对体重的增加,比如拓宽他们的站姿,步伐更短。但令科学家惊讶的是,虽然企鹅减肥后左右摇晃的幅度减小了,但并没有改变它们的步频或姿势。

  这个研究表明,企鹅越胖,左右摇摆幅度越大。结合前面第一个研究,可以得出结论,企鹅之所以走路摇摇晃晃是因为腿短,而摇晃的幅度大小则取决于体重大小。而这一切最终都可以解释为,是为了节省能量。

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