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为什么蚂蚁抱成团不会被压死压伤,而人群中一次踩踏事故死伤却很多?

为什么蚂蚁抱成团不会被压死压伤,而人群中一次踩踏事故死伤却很多?

由网友 力学Nerd王小胖 提供的答案:

这是一个有意思的话题。我们常常会看到或者听到,蚂蚁有时候会采用集体运动(抱团)的形式来度过危险,也对这种大自然进化出来的神奇动物行为表示好奇和赞赏。那么蚂蚁抱团真的不会出现死伤吗?答案是否定的。

1、一根篱笆三个桩,一只蚂蚁三只帮——力学原理

一根筷子很容易掰断,两根筷子也不难,但是一把筷子就难以掰断了。这个故事告诉我们团结的重要性,同时也告诉我们一个重要的力学原理:结构承载能力与结构尺寸的关系。根据结构的受力形式,通常越是粗大,承载能力就越高。

以拉伸为例,如下图。横截面积越大,承载能力也就越强。下图中最下面的杆能承受的力最大,因为横截面最大。

2、结构的强度——蚂蚁个体的承力

强度与承载能力不同。承载能力指的是宏观外载,而强度则是材料本质。材料给定后,其强度也就确定了。这就像蚂蚁的个体,对于单个蚂蚁,其外骨骼和内部腔体都存在着一个固定的强度极限,通常用应力表示。这个应力是单位面积的力,与结构的无关。所以,抱团后的蚂蚁,并不能增加蚂蚁个体原来的强度极限。

下图,蚂蚁正在凌空搭天梯,进攻蜂巢。只要蚂蚁相互间的咬合或抓取力足够,在自重影响下,这个天梯就不会塌。因为,蚂蚁自身实在太轻了。此外,这样的天梯,对于蚂蚁个体来讲,并没有增加其自身强度。但是天梯如果越厚,总体的承载能力就会越大。

3、抱团的蚂蚁

我们所能见到或者听到的蚂蚁抱团,通常的情景是这样的。发生火灾,或者洪水,蚂蚁为了逃离火海,或者为了不被洪水淹没,采用抱团的方式,互相合作,寻求生存。如下图。

在火海中,抱团的蚂蚁通过滚动,快速穿越火线。在穿越的过程中,外层的蚂蚁就是被牺牲的蚂蚁。因为抱团后蚂蚁个体抗火能力并不会增加,高温灼烧死外层的蚂蚁,保护了内层蚂蚁生命的延续。

洪水中,抱团的蚂蚁结合成一个整体,在水面上飘摇,使得整体的排水体积变大,增加了浮力。在渡水的过程中,水下的蚂蚁就是被牺牲的蚂蚁。水下的蚂蚁无法呼吸,全部淹死。但是它们的牺牲拯救了上面的蚂蚁。

4、抱团蚂蚁更抗压?

如下图。脚踩到抱团的蚂蚁时,蚂蚁球由于受力发生变形,增加了接触面积,从而使得脚踩的力分散到每个蚂蚁身上。如果这个蚂蚁球非常大,大到足够承受人脚的踩踏,那么此时蚂蚁确实更抗压。即便如此,直接接触的部分蚂蚁局部受力对于蚂蚁来讲,还是非常大的。所以会有一些蚂蚁支撑不住。

当踩单只蚂蚁时,如上。由于力全部由这个蚂蚁承担,大大超过了蚂蚁的承受能力。此时,这个蚂蚁只能被碾压了。但是,有时候,由于鞋底脚软、或者地面脚软,踩蚂蚁的时候,大部分力都由脚底的其他部分承担了,蚂蚁自己却由于柔软的压力而幸免一难。

5、总结

抱团后,蚂蚁球被踩后,蚂蚁的死伤避无可避,除非这个人是小孩。整体上,抱团后的蚂蚁受力后由于变形的存在,力会分布到每个蚂蚁。但是这个力的分布并不是均匀分布,总有蚂蚁局部受力超过蚂蚁承受力。于是,就会出现死伤。而踩单只蚂蚁时,其受力是由单只蚂蚁全部承担的,此时直接就是碾压。

好了,回答到此结束。喜欢的话,欢迎评论、点赞、关注。

由网友 昆仑还东国 提供的答案:

谢谢邀请!这个问题首先需要理清一个概念,即理性群体事件和非理性群体事件,因为题主拿了理性的蚂蚁“抱团”群体事件与人群非理性踩踏事件作了对比,而这两个分别为生物行为学和社会行为学范畴,有时两者也结合起来一起研究,以求避免群体死亡事件发生。

如果看人类理性行为,人类也会叠罗汉,下图为西班牙著名的叠罗汉,也叫人肉塔,最高叠出的记录是9层,这也可以看出人类承压极限。

而如果看人类非理性群体踩踏则,几乎每隔几年印度,沙特等经常举办宗教集会活动的国家就会爆出踩踏事件。我国近年来典型踩踏事件是发生在上海外滩,因有人撒钱造成人群非理性拥挤踩踏,最终造成人员伤亡惨案。

动物也有踩踏现象,最直观莫过于每年角马和斑马大军渡马拉河时,因惊慌于鳄鱼的捕食,角马群在岸边拥挤和踩踏,据估计,因拥挤踩踏淹死的角马数量比被鳄鱼捕食的还要多。

具体看蚂蚁呢,它们理性的群体行为也很多,例如红火蚁会抱团躲避暴雨,甚至也会筑起高塔,比起人类的九层塔来说,它们则筑起太多层了。为什么有这么多层呢?红火蚁们在堆塔时并非坚守在一个位置,而是不断轮换,整个塔像液体一样流动。它们还会通过试错发现塔中薄弱部分,另外科学家还发现当一只红火蚁承担超过3只蚂蚁时,就会放手下陷一直到塔底。可见蚂蚁筑塔还是许多规则遵循的。

那么蚂蚁是否也有非理性群体行为呢?根据研究蚂蚁如果受到惊吓,也会盲目踩踏,当然也这种踩踏不会造成蚂蚁死亡。主要是因为蚂蚁体型太小,重量不足以造成同类受伤。有研究表明,蚂蚁关节可以承受自身重量5000倍压力,它也能举起自身重要的100-400倍。

那么人类呢,只要一个人力量的足够,就可以造成同类内脏受伤,更何况多人的踩踏呢?


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