世界上最快的攻擊速度：獵豹、高鐵都不如小小的它
有一種生物，它擁有人類記錄中世界上最快的攻擊速度，連奔跑速度高達30.56m/s的獵豹，以及游泳速度高達36.11m/s的劍魚都無法望其項背。
你能猜到這是哪種生物嗎？
答案揭曉：白蟻！
神奇的白蟻
白蟻可謂是一種非常神奇的生物，與螞蟻、蜜蜂一樣，它們同樣是一種社會性昆蟲，無數白蟻組成的白蟻族群可以展現出超乎想像的智慧，我們人類的科學家也可以從白蟻身上學到很多知識。
例如，一個白蟻家族就是一個天分很高的建築師和園藝師，它們建造的蟻穴結構精巧，同時在蟻穴內培養了大量真菌微生物「農場」。蟻穴內部合理的空氣流通設計可以保證這些農場所需要的恆溫恆濕的條件。
非洲公路邊的白蟻巢（圖源見水印）
白蟻巢中生長的真菌（圖源見水印）
這不，最近人們又發現，白蟻不僅上過建築、化學等方面的課程，還是物理學課堂上的優等生呢！白蟻家族的其中一員——新渡戶歪白蟻，就憑藉一種巧妙的方式，成功地摘得了世界上最快攻擊速度的桂冠！
新晉世界冠軍——新渡戶歪白蟻
首先，讓我們來認識一下新渡戶歪白蟻（Pericapritermes nitobei）：
新渡戶歪白蟻家族（圖源：台灣省國立中興大學）
兵蟻（圖源：維基百科）
兵蟻的頭部形態（圖源：台灣省國立中興大學）
新渡戶歪白蟻是中國台灣省的原生物種，其兵蟻有著一對猙獰的大顎，其中右側大顎稍短，左側大顎稍長，並處於一種顯著的扭曲形態。
可不要小瞧這對看似畸形的大顎哦！2020年，來自中國台灣省的科研團隊發現，這雙大顎可實現高達131.94m/s的攻擊速度，一舉超越了前任最快攻擊速度紀錄保持者——卡米拉迷猛蟻（這是一種螞蟻哦，不是白蟻）的111m/s。
作為對比，中國高鐵目前的最快速度也僅僅為105.56m/s。
擠壓彈出式的攻擊手段：機械能的轉化
新渡戶歪白蟻的天敵是螞蟻。當種群受到螞蟻的威脅時，新渡戶歪白蟻的兵蟻便揮舞著猙獰的大顎來保衛它們的夥伴。
在我們的普遍觀念中，具有大顎的昆蟲，例如鍬甲等，一般是通過撕咬的方式來攻擊獵物或敵人。
一種鍬甲（圖源見水印）
但是科學家發現，機智的新渡戶歪白蟻卻反其道而行之，利用機械能的轉化原理來大大提高攻擊速度。
在這裡，我們先複習一下有關機械能轉化的知識（人教版八年級物理上冊）：
物體由於運動而具有的能，叫做動能，品質相同的物體，運動速度越大，動能就越大；物體由於發生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能，物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大。而動能和勢能統稱機械能，它們之間是可以互相轉化的。
準備好相關知識後，我們再返回「戰鬥」現場，觀察新渡戶歪白蟻兵蟻的攻擊方式。
潛藏的兵蟻發出了致命一擊（圖源：台灣省國立中興大學）
大顎攻擊過程的慢動作（圖源：台灣省國立中興大學）
在發起攻擊時，兵蟻用右側的大顎緊緊地擠壓左側的大顎，使得左側大顎發生劇烈的變形，就像是被壓縮的彈簧一樣，儲存了大量的彈性勢能。此時，左右兩側的大顎僅僅憑藉相互之間的靜摩擦力來保持相對靜止狀態。當左側大顎變形到一定程度，突破了最大靜摩擦力的限制之後，兩隻大顎之間便發生了 「打滑」現象。極度變形的左側大顎內部所存儲的彈性勢能在一瞬間轉化為強烈的動能，從而使其猶如子彈一般猛地彈了出去，最終實現針對目標的致命打擊。
如何測量攻擊速度：能量守恆
在研究過程中科學家們發現，由於大顎的彈出速度非常快，即使是高速攝影儀也無法捕捉到大顎彈出過程的清晰畫面。為了準確地測量大顎的彈出速度，科學家們進行了這樣一個實驗：讓兵蟻用大顎攻擊一粒已知品質的鋼珠。
兵蟻攻擊鋼珠實驗（圖源：台灣省國立中興大學）
攻擊鋼珠的過程（圖源：台灣省國立中興大學）
我們已經知道，大顎彎曲所存儲的彈性勢能可以轉化成劇烈的動能。那麼在上述攻擊鋼珠的過程中，大顎的動能又通過哪些能量形式耗散掉了呢？讓我們來捋一捋：
1. 鋼珠發生了運動——鋼珠的動能（直線運動）；
2. 兵蟻自身由於後坐力而發生了運動——兵蟻的動能（既包括直線運動又包括旋轉運動）；
3. 克服各種摩擦力還消耗了一小部分動能。
假如我們忽略掉克服摩擦力所消耗的能量，那麼根據能量守恆原理，就可以列出以下公式：
鋼珠以及白蟻的運動速度不快，很容易通過測量獲得。這樣，科學家們就通過能量守恆原理推算出大顎的實際攻擊速度。
上一任世界冠軍：卡米拉迷猛蟻
實際上，這種擠壓彈出式攻擊方法並非新渡戶歪白蟻的專利。上一任的攻擊速度世界冠軍——卡米拉迷蟻（Mystrium camillae）同樣採用的是這種攻擊方法。
卡米拉迷蟻的攻擊方式（圖源：Marc A. Seid et al.）
只不過，它的左右大顎是對稱的，也沒有出現近乎畸形的形狀。由此可見，正是由於演化出了一對形狀奇特的大顎，新渡戶歪白蟻才可以成功地成為新一任世界冠軍。
現在，我們來複習一下：
1. 機械能轉化原理：無論是卡米拉迷猛蟻還是新渡戶歪白蟻，他們都通過一種大顎擠壓彈出的方式來實現超快的攻擊速度。在這個過程中，強健有力的大顎通過變形將彈性勢能瞬間轉化為動能，從而實現對敵人的致命一擊。
2. 能量守恆原理：科學家們在研究過程中，採用了能量守恆的原理，間接地測量出了新渡戶歪白蟻的攻擊速度。
這些知識來自於人教版八年級物理下冊第十一章第四節（機械能及其轉化）以及九年級物理第十四章第三節（能量的轉化和守恆），同學們要好好學習相關知識哦！
參考資料：
[1] 澎湃新聞, 「白蟻危害」調查報告：四川174個古鎮有112個正遭侵襲, //www.thepaper.cn/newsDetail_forward_9554178,2020.
[2] Kuan, K., Chiu, C., Shih, M. et al. Termite』s Twisted Mandible Presents Fast, Powerful, and Precise Strikes. Sci Rep 10, 9462 (2020). //doi.org/10.1038/s41598-020-66294-1
[3] 八年級物理下冊，義務教育教科書，人民教育出版社
[4] 九年級物理，義務教育教科書，人民教育出版社
