陆地有大象，海里有鲸鱼，为什么天上很少有比人体型更大的生物？
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发布时间：2022-04-22 11:46
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时间：2023-11-03 16:27
这个问题完全可以用力学来解释。天堂的生物只有足够轻才有可能。所以，其实大小不是决定性因素，而是自身重量或者自身密度才是决定性因素。
1、飞行物体的力
空中的物体要想保持位置不被重力拉下，必须有足够的升力来对抗，如下图所示。向上的升力必须不小于向下的重力，这样鸟才能在空中翱翔。
这个升力由两部分组成：1)气流的力；2)空气的浮力。其中，空气的浮力可以参考液体中物体的浮力公式。由于空气密度很小(1.293kg/m3)，鸟类的体型也很小，所以上下表面的压差可以忽略不计。即使高差1m，浮力也只有13N左右，相对于自身重力完全可以忽略不计。所以向上的力主要是气流的力。
2.人形鸟人的承载能力
让我们以一个正常的*人体为例。成年人体重约75公斤，双手变成翅膀，可以自由飞翔。但是，再怎么不真实，看着历史上所有能自由飞翔的“鸟”，翅膀和躯干的主要承重结构只是一个连接点。下图所示的古代翼龙翅膀只有一根骨头。所以，“手臂”是鸟人的主要受力结构。
其实上面的古翼龙已经灭绝了。现代鸟类翅膀进化的更彻底，类似的蝙蝠翅膀结构已经被大多数生物抛弃。也就是说，翅膀和躯干的连接只靠骨骼连接。事实上，连接方式的简化大大提高了鸟类飞行的自由度。
以葫芦娃为例，将其翅膀简化为手臂(主要承重结构)。毫无疑问，一个正常人的臂骨是可以承受自身重量的。所以这里的重点不是手臂会不会断，而是手臂能否保持水平位置。在空中飞行时，受力如上图。翅膀接收自身重量的一半，约37.5kg，集中力位于手臂中间。然后肩膀会承受弯矩：112.5Nm，这个弯矩并不大，即使是没经过训练的成年人也能举起37.5kg，但是不能一直保持。
类似于环赛，如上图。经过训练的运动员可以在5分钟内保持这个姿势一段时间，时间不宜过长。而普通人只能支撑几秒钟。根本原因在于需要发达的肌肉。因为专业训练，运动员手臂肌肉和胸肌都发达了，但也只能保持几分钟的水平。
想要自由飞翔，翅膀必须是可扇动的，而不是固定的。煽动翅膀只有肌肉更加发达才能实现，需要克服的力量大约是保持水平的两倍。所以由于体型巨大，自重巨大，需要的升力巨大，需要更发达的肌肉才能实现。这个进化出超级肌肉的生物没有出现，说明这个进化方向不符合进化论。其实物理解释就是这个进化方向得不偿失，需要耗费大量精力。3.巨鸟以另一种方式
过去空气的浮力几乎忽略不计，这是相对于它自身的重力而言的。如果有一种生物巨大而轻，也就是这种生物的平均密度很小，就像热气球一样。理论上，这种低密度巨型生物也能飞。然而实际上并没有出现，也就意味着这个进化方向也不值这个蜡烛。
生物存在的第一要义是生存。光生物虽然体型巨大，但由于密度低，防御能力很小，只能被其他猎物吃掉。所以这种巨大却轻巧的生物也不符合进化论。
4.进化中的鸟类
会飞的鸟体型小。最大的是鸵鸟，但它不会飞。能飞的最大的鸟是信天翁。翼展可达3-4m，体重8-9kg。下图。
这些飞鸟实际上是利用力学的规律，即增加气流的作用力，降低自身的密度。巨大的翼展可以降低平均应力，但对骨连接点的应力影响不大。无论翅膀有多大，最终的力都需要传递到躯干。
在鸟类的进化过程中，为了尽可能的减少死体重，鸟类的消化系统进化成了非常短的直肠，这样粪便就不会被储存起来，从而减少了死体重。此外，鸟类的骨骼也极有可能减肥。如下图所示，空心骨可以减轻鸟类的重量，完全符合力学的弯曲原理。
5.摘要
自由飞行的生物必须能够提供足够的升力来克服自身的重力。巨大的生物通常有巨大的自重，需要更多的升力。这就要求机体的肌肉需要更加发达。这种进化方向不符合力学中的最小能量原理，得不偿失。
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时间：2023-11-03 16:27
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时间：2023-11-03 16:28
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