用鉗子在水下開槍!槍蝦是怎麼做到的?

2020-11-27 騰訊網

從個頭上來看，槍蝦（Alpheidae科）並不起眼，不過它們在水下搞出的動靜卻很大。槍蝦有一隻結構特別的大鉗子，只要把打開的鉗子迅速地合上，它們就能製造出一聲「槍響」，並在局部發射出衝擊波用於攻擊。

先來聽一下槍蝦的聲音吧：

錄製者：Mike Biddle

雖然只能對付個頭不大的動物，但這把槍的威力還是很大的，甚至可以殺死小的獵物。

然而，用一隻鉗子在水下「開槍」，槍蝦到底是怎麼做到的？答案是，它們利用了空化效應。

空化（cavitation）指的在某些情況下，液體內的局部壓力降低，出現接近真空的低壓空泡。這樣的空泡內部壓力很低，而周圍環境還有液體壓強和大氣壓的強大作用，因此它們生成之後很快就會在周圍的高壓之下迅速被壓扁。而空泡被壓扁的過程是極具衝擊力的，在周圍高壓的作用下，液體會在空泡局部快速地發生撞擊，可以產生強烈的衝擊波。

之前介紹過一個空手拍碎玻璃瓶的例子，從這裡就可以體會空化的威力：

仔細看瓶底，當瓶子快速向下移動時，瓶中的水沒有跟上節奏，因此在瓶底產生了低壓的空泡，而因為壓力不平衡，上方的水又很快地把空泡壓扁，並重重地撞上了瓶底，導致玻璃瓶破碎。

槍蝦所發出的「槍聲」和衝擊波，也來自這種低壓空泡被壓扁的時刻。槍蝦的鉗子上有兩邊對應的特殊結構：一邊是一個凹槽，另一邊是形狀對應的凸起。

根據一項研究的說法，當鉗子快速合上時，凸起會把凹槽中的水快速地擠出去，產生一股高速的水流（上圖中的箭頭）。而在高速水流的周圍，又會產生漩渦。當流速快到一定程度之後，在漩渦中就會產生局部的低壓，促使空泡產生。接下來，隨著空泡被壓扁，局部的液體重重地撞到一起，衝擊波就這樣產生了。

在高速攝影中，也可以清晰地看到空泡產生與被「壓扁」的過程：

錄製者：Michel Versluis

很多時候，人類所擔心的是空化效應帶來的副作用（比如說會導致螺旋槳損壞），而能把它變成自己的武器，槍蝦也真的是很厲害了。

PS：你可能看過皮皮蝦（蝦蛄）擊打產生衝擊波的那個漫畫，需要說明的是，槍蝦和皮皮蝦是兩個東西。有一些蝦蛄確實也會產生空化效應，但並不是我們平時能吃到的那種。

相關研究信源：

題圖來源：Aquarium Depot

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