世界上还有会飞的蜘蛛 这种蜘蛛最远可以飞行数百公里(2)

世界上还有会飞的蜘蛛

那么蜘蛛是怎么飞行的呢？

加州大学的科学家夏贝尔·哈布奇和穆罕默德·卡韦德带领的研究团队假设，蜘蛛虽然没有翅膀，但却可以依靠自己吐出蛛丝的负电荷，以及地球大气中的正电势场形成的电场来飞行。

基于这一假设，研究团队正经进行了受力分析和数值模拟，实验结果于2022年3月4日发表在统计物理学、非线性物理领域的期刊Physical Review E上：

首先，科学家们建立了一个包括粘性力、蛛丝、蜘蛛的重量和尺寸、静电上升力、排斥力以及弹性弯曲力的三维数值模型，以探索蜘蛛蛛丝在气流中的膨胀和展开的动力学。

如图所示，一个吐出蛛丝的蜘蛛可以被简化为这样一个模型：

一个直径2毫米左右的实心球体，顶部有2、4或8条距离十分接近（100微米）的丝线，开始为垂直方向，每根线都附有电荷。

关于丝线上是如何带上静电荷的，研究人员认为，这可能是在蜘蛛制作蛛丝的过程中迅速加载电荷，或在制作完成之后，吐丝时与气流产生的摩擦。

为了研究流体结构与电场的相互作用，数值模拟涉及到三个部分：

通过离散弹性棒（DER）方法计算线的弹性变形，即弯曲、扭曲和拉伸等等阻力理论（RFT）方法计算蜘蛛和丝线上的流体动力学的粘性力由大气电位梯度和丝线电荷引起的静电力

具体而言，在数值模拟中，蜘蛛被建模为一个弹性棒网络。

其中一个节点x0代表蜘蛛身体，每条线有Nt个节点。对于一个有nt条线的蜘蛛，节点的总数是ntNt+1，两个连续节点之间的向量是边，每个线程由Nt条边组成：