鱼为什么侧身游动？

xrs333

原帖由 onesupeng 于 2012-4-20 05:18 发表

                               
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实际上，大部分鱼类重力中心和浮力中心不重合，

这是原因，还是结果呢？

onesupeng

原帖由 xrs333 于 2012-4-19 21:31 发表

                               
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这是原因，还是结果呢？

结果就是需要有机制进行稳定

uesoft

这是原因，还是结果呢？
可以说鱼身体的形状既是原因，也是结果。就好像说蛋和鸡哪个是原因、哪个是结果呢？蛋是鸡的原因，也是鸡的结果。或者好像说宇宙大爆炸是原因呢，还是结果呢？我们说既是原因，也是结果。宇宙大爆炸是上一代宇宙末日的结果，也是下一代宇宙诞生的原因。
或者再引申一下，万有引力定律和牛顿定律哪个是原因、哪个是结果呢？两者互为因果。万有引力定律是牛顿定律的原因，也是牛顿定律的结果。
实际上，我们可以证明，进化不仅与力学有关，而且只与力学有关；当然，不仅仅是与流体力学有关，而且也与固体力学有关，或者简单地说，进化只与物理学有关。这个结论的前提是，我们(至少我个人)相信，所有的系统包括人类社会系统都是受到物理学定律支配的。

onesupeng

对不起，我智慧没那么高。我只明白不稳定，可能有新的机制，我的知识就这一点。

webmaster

浮力中心在重心上面是一种静稳定结构，这样在鱼的身体略微倾斜时会自动回复到原来的状态，如果浮心在下重心在上则明显是静不稳定的，稍有倾斜鱼就会翻过来，因此这样的结构是合理的。在选择左右机动还是上下机动方面，我觉得重力还是起到决定性作用的。正如前面coolboy所说，在重力作用下，水平面是个等势面，鱼在左右方向（也就是垂直于重力的方向）上摆动尾巴时左右用的力是均衡的。如果改成上下运动，则在向上摆动时要克服重力，在向下摆动时又会得到重力的帮助，结果就是上下摆动需要的力量不均衡。同时从重力势能的角度看，左右摆动的情况下，鱼的运动轨迹是水平曲线，重心高度基本不变。上下摆动的情况下，鱼的运动轨迹是垂直曲线，重心高度忽高忽低，也就是动能与势能在随时发生转换，最后将影响能量使用效率。这大概是大多数鱼都是左右摆尾运动的原因。前面我提到过鳐鱼，这种鱼的身体是扁平的，但是它的运动方式与普通鱼有很大区别，它不是靠摆尾获得推力，而是靠波浪式地摆动两侧的鳍获得动力，尾巴只是一个平衡工具，从而也可以在运动时保持重心高度的稳定。

onesupeng

原帖由 webmaster 于 2012-4-21 05:28 发表

                               
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浮力中心在重心上面是一种静稳定结构，这样在鱼的身体略微倾斜时会自动回复到原来的状态，如果浮心在下重心在上则明显是静不稳定的，稍有倾斜鱼就会翻过来，因此这样的结构是合理的。在选择左右机动还是上下机动方面 ...

事实是很多鱼的结构就是浮心在下重心在上，明显是静不稳定的，稍有倾斜鱼就会翻过来。关于重力势等势面的解释，显然有个事实需要考虑：鱼体密度和水的密度相当。

[ 本帖最后由 onesupeng 于 2012-4-21 12:42 编辑 ]

周华

onesupeng说的对，我也刚刚想到，因为鱼的浮心在重心下面，所以鱼死了以后才会肚子朝天。鱼在活着的时候就靠鳍的摆动维持向上的姿态。

周华

静不稳定的结构便于提高机动性，大概鱼的机动性要求确实很高啊。

coolboy

大气和海洋的流动以水平运动为主，即一般水平速度远远大于垂直速度，尽管此时每个流体块的密度与之临近流体的密度几乎相同。受重力场的影响，大气和海洋的密度变化也以垂直方向为主，即对应于密度变化引起的压力p的等位势面与重力等位势面几乎平行。尽管潜艇的壳子是金属制成，潜艇整体密度与水的密度必须大致相同。在此条件下，潜艇沿着等位势面的水平运动也还是应该比垂直向的运动要方便。

通流

我就觉得大家说的都挺有道理。我接着根据各位的观点猜。
（1）鱼鳔的作用。水深的变动改变了压力。这也许会改变鱼鳔的体积，从而改变鱼的密度。所以，鱼在上下活动时，必须要维持鱼鳔的体积。这也许要额外的努力。我不知道鱼是如何改变鱼鳔的体积的。
（2）我查了一下海水的密度与水深的关系。这个变化如下图所示。不知这个变化是否支持onesupeng的鱼的密度跟水的密度一致，还是支持coolboy的势能解释。这个密度变化的主要原因是水温的变化。

我是比较倾向于鱼鳔的作用的。但还有一类的鱼是没有鱼鳔的，像鲨鱼。那么这一类鱼的游泳行为是否与有鱼鳔的鱼的行为有所不同？

[ 本帖最后由 通流 于 2012-4-22 08:27 编辑 ]

onesupeng

鱼体和水有差异这是公认的，不过这个差异很小。鱼鳔的作用之一是调节浮力这也是公认的，比如当鱼从一个深度到达另一个深度以后，为了维持其停留在这个深度，可能会通过鱼鳔来调节浮力以节省能量。对于没有鱼鳔的鱼，可能需要胸鳍等附属结构来维持。当然，维持深度的办法应该是多样化的。

我对于鱼体密度和海水相当的论证是为了说明，鱼类上下摆动和左右摆动的动力学环境相当，通流给的海水密度变化曲线正说明这一点，因为其密度变化在3%以内，并且其梯度非常小，在鱼类摆动的距离范围内，密度变化更是可以忽略不计。

我这里给一些截图，感兴趣的可以看看。当然要强调：尽信书不如无书，要辩证看待，多看些多思考些，甚至动手观察和研究，把书读活。

[ 本帖最后由 onesupeng 于 2012-4-22 01:29 编辑 ]

xrs333

稳定性也好，势能说也好，关键是对于进化来说能获得什么优势。是更有利于捕食，还是逃生时更快？

送个帽子，我们这个论坛的参与者多少有点流体力学沙文主义。

我还是认为鱼左右摆动更有进化优势。我想提醒大家，在星球上，左右是对称的，而上下是不对称的。左右摆动，鱼儿进化获得的保护性特征能够得以保持，而上下摆动则会效能降低甚至失效。如果上下摆动，由于重力场的存在将使鱼的逃生路径取某一方向偏好，那它就惨了，这鱼儿就好像被前锋了解扑球习惯的守门员。另外，我想不出水的密度梯度对于米粒大小的鱼儿有什么作用。

ustcsunl

能用同样的理论去解释鲸类/鸟类的游动吗？

xrs333

是指42楼吗。那根本谈不上是神马理论，一时想到而已。
但是我还想，大型鱼类上下运动可能有优势；鲸类需要上浮呼吸，上下游动是生存必须；鸟类在空气中飞行，重力与升力相当，俯冲无论对于追击还是逃命都是可选路径，小型鸟类具有比捕食者更快速的向上飞行能力。

hawking2006

大佬，太高兴了，抓到你的一个小错误了，鲸鱼不是鱼类。