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有一種恐龍的尾巴可以突破音速!這是怎麼回事呢?

迷惑龍是雷龍的近親,但其體型更大:這種恐龍擁有40英尺長的尾巴,其尾巴根部的厚度超過3英尺,但是尾巴尖卻像現代人的小指一樣細。這樣秀美的尾巴尖使其尾部過於脆弱,因此不能攻擊襲擊者。那麼其尾巴的作用是什麼呢?它的作用可能是把其像鞭子那樣揮舞。

大約20年前,一種觀點開始在科學界流行,即迷惑龍用它的尾巴做鞭子,並以此嚇走捕食者,同時也用其進行交流甚至在潛在的配偶面前炫耀,從而獲得青睞。為此,從那時起,加拿大阿爾伯塔大學古生物學家Philip Currie和Nathan Myhrvold便設計了一項計算機模型,以證明這種把尾巴當鞭子使用的解釋是行得通的。

近日,在梅爾沃德舉行的一次古脊椎動物學會議上,Currie等人展示了一個1/4比例的物理模型,這是一個用鋁作為椎骨、用鋼鐵作為肌腱製作的迷惑龍的尾巴。

考慮到這個尾巴模型根部所具有的強大推力,它在空氣中甩動時可以發出破空聲。此次對於高速攝像視頻模型的分析表明,其尾巴尖的運動速度每小時可以超過800英里——這一速度足以打破音速障礙,產生小規模的聲爆。而一頭成年的迷惑龍如此揮動尾巴時,其發出的極高的聲音足以刺破人類的耳膜。

甩鞭子發出的啪啪聲是鞭梢突破音障

單單靠圓周運動和人力,基本不可能讓鞭梢達到超音速。鞭長算2米,要讓末端超音速,需要每秒27轉的轉速,人力恐怕達不到。但是,當你在轉動時突然讓柄部停止,鞭子的各微分段就會依次停止,而其動能將傳遞給下一個微分段,即下一段會加速,最後整個鞭子的動能將集中到末端,其質量相當小,根據E=1/2mv^2可得v趨向於無窮大。

當然,實際上受到空氣阻力和鞭子材料的內摩擦力限制,速度是有限的,一般可以達到2倍音速左右。實際上所有繩狀物體都有這個效應,甩毛巾,抖衣服,都可以發出聲音,只是由於動能較小,達不到音速,所以聲音不大且低沉(此時主要是物體張緊後的震動發聲)。

尼龍繩理論上也可以,只是由於尼龍繩的單位質量小,受空氣阻力影響太大,末端無法加速到能發出明顯聲響的程度。


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