SIMETRIU M .COM v₀ ≈ 1 m/s 真菌學
基本單位:m · s
ZH-HANT|36 種語言
SYMBOL PLATE v₀ = 1.2 m/s · a ≈ 10⁴ g x_stop = v₀·τ = 0.1 mm 20 000 fps m/s 00.1 mm菌褶 水玉黴光 Buller 1909 · 20 000 fps 高速攝影
大小寫

初速度用小寫 v 加下標零書寫:v₀。單位是公尺每秒,m/s。彈射時的加速度常用重力加速度的倍數表示:斜體小寫 g。孢子在空氣中的減速時間用希臘字母 τ 表示,制動距離用 x 加下標 stop 表示。

不要混淆

彈射速度不是下落速度。孢子以約 1 m/s 的速度射出,而下落的速度要慢一千倍,約 1 mm/s。以 g 計的加速度不是「公克」。彈射速度也不能說明射程:小孢子幾乎立刻就被空氣止住,而水玉黴沉重的孢子囊能飛出好幾公尺。

銘牌展示了什麼

左邊是一朵菌蓋尖錐形的蘑菇,孢子從菌褶下落。右邊圓圈裡放大了一片菌褶:在它的表面、孢子基部長出一滴水,隨後孢子脫離,向側面飛出,又猛地折向下方。圓圈下方標尺上的標記走到 0.1 mm,這就是孢子向側面飛出的距離。下方,水玉黴把黑色的孢子囊彈向光亮處。高速攝影的指示燈在閃爍。

單位頁
真菌學 修訂 2026-10

孢子彈射 v₀, m/s

SI 導出單位 · 量:孢子彈射時的初速度

蘑菇彈射孢子,恰好落進縫隙

菌蓋下面,菌褶幾乎緊挨著排列,相互間隔不到一公釐。孢子附在菌褶的側面。若只是鬆開,它會粘在同一片菌褶上。所以蘑菇要把它彈出去。孢子向側面飛出約十分之一公釐,在空氣中停住,然後落下,落進兩片菌褶之間的縫隙。

彈射靠的是一滴水。水滴在孢子基部聚集,某一刻與孢子表面的水膜匯合。水猛地流動,重心移位,孢子便以約每秒一公尺的速度脫離。此時的加速度約為一萬 g。整個彈射只持續幾微秒。

別的真菌射得更猛。長在糞便上的水玉黴把孢子囊丟擲兩公尺半遠,直落在草上,朝著光亮的方向。子囊菌的子囊把孢子射出,速度達每秒幾十公尺。但對一顆小孢子來說,要緊的不是速度,而是空氣多快能把它止住。

記號v₀ ——初速度
單位m/s;加速度以 g 計
制動距離x = v₀ · τ, τ = ρd²/(18η)
用什麼測高速攝影,最高 250 000 幀/s
彈射持續時間幾微秒
典型值1 m/s ——傘菌 · 20 m/s ——水玉黴 · 35 m/s ——子囊
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01 · 定義
彈射 · 減速 · 下落

彈射速度 v₀ 是孢子脫離後最初一刻的速度。它由高速攝影的畫面測得:看孢子在兩幀之間移動了多少微米。此後空氣使它減速,速度迅速下降。

對一粒微小的顆粒來說,空氣黏得像蜂蜜之於豌豆。阻力與速度成正比,速度按指數規律衰減,時間常數為 τ。顆粒越小,τ 越小:5 µm 大小的孢子,τ 約為 0.08 ms。在這段時間裡,孢子走過的路程為 x = v₀·τ,約 0.1 mm,然後停住。

停住之後,孢子開始下落。當重力與阻力平衡時,速度為 v = g·τ,不到每秒一公釐。孢子就以這樣的速度從菌褶之間降下,離開菌蓋。水玉黴的大孢子囊減速慢得多,所以能飛出好幾公尺。對它來說,阻力增長得比速度還快,計算時要加上雷諾數的修正。

ρ ——孢子的密度 · d ——其直徑 · η ——空氣黏度 1.8·10⁻⁵ Pa·s · g ——9.81 m/s² · t_l ——彈射持續時間
L·T⁻¹
速度的量綱
≈ 10⁴ g
彈射時的加速度
0.1 mm
停住前走過的路程
表 · 誰怎樣射,按葉片模型計算
誰v₀, m/s加速度路程
速度來自高速攝影實驗,路程由葉片模型算出。彈射體越大,同樣的速度下飛得越遠。
互動 · 慢放的彈射

孢子為什麼不會粘在鄰近的菌褶上

上方是彈射處的剖面:蘑菇菌蓋的菌褶、長在麥穗子實體裡的子囊,或糞便上的水玉黴。點選「發射」:彈射體以速度 v₀ 飛出,其軌跡按空氣阻力計算。畫面經過放慢:最初的幾微秒被拉長,否則根本看不見。滑塊可改變速度、彈射體大小,以及菌褶的間隙或發射角。「無空氣」畫出彈射體在真空中會飛到哪裡。綠色表示菌褶和目標,梅紅色表示孢子及其路徑,紅色表示未命中和無空氣時的路徑。下方有三種檢視。「軌跡」是按真實比例畫出的路徑。「速度」是速度隨時間下降的情形,用對數座標。「大小與路程」是同一速度下不同大小的顆粒能飛多遠。

標記:

說明 · 菌褶為什麼垂直懸掛

孢子垂直下落,蘑菇對此心中有數

停住之後,孢子筆直向下落。如果菌褶是傾斜的,孢子就會撞上去並粘住。所以蘑菇讓菌褶保持垂直:把菌柄放倒,它會在幾小時內彎曲,重新把菌蓋擺平。在菌蓋尖錐形的小蘑菇上,菌褶又窄又高,菌褶間的縫隙只有零點幾公釐。縫隙必須比孢子走過的路程大,但不能大太多:這樣菌褶上才能容納更多孢子。

02 · 換算
速度單位 · 並排的彈射 · 按大小的路程

從公尺每秒到孢子的長度

輸入速度並選擇單位。第一個選項卡把它換算成其他單位,包括每秒多少個孢子長度——不同大小的彈射體就是用這個來比較速度的。第二個選項卡把不同真菌的彈射並排放在一起。第三個選項卡算出,在這一速度下不同大小的顆粒能飛多遠。

便於記憶的規則:1 m/s 就是每微秒 1 µm,也是 3.6 km/h。5 µm 的孢子以這個速度,每毫秒能飛過自己長度的二百倍。

是模型,不是實測

路程是按同質量的球、在 20 °C 的靜止空氣中算出的。真實的孢子是拉長的,會旋轉,還會碰上菌蓋下微弱的氣流。所以這些數只是數量級。攝影實驗給出的路程相近:傘菌為 0.05—0.2 mm。

換算表
03 · 數量級 · 真菌生活中的速度

速度,m/s,對數座標

04 · 測量儀器
攝像機 · 靶 · 孢子捕捉器 · 沉降柱

彈射只持續幾微秒,痕跡卻留存多年

250 000 fps 4 µs 內的 Δx
顯微鏡上的攝像機與飛行畫面

高速攝像機

把攝像機裝在顯微鏡上,從側面拍攝一小片菌褶。要看清彈射本身,每秒需要幾十萬幀。速度由孢子在相鄰兩幀之間的位移算出。在每秒 250 000 幀時,兩幀之間隔 4 µs,孢子移動幾微米——差不多是它自己的長度。

1 m2 m水玉黴
不同距離處的玻璃靶

水玉黴的靶

水玉黴的孢子囊是黏的,打到什麼就粘在什麼上。所以射程測起來很簡單:在培養物周圍的不同距離放上玻片,早晨數每一片上粘了多少孢子囊。布勒當年就是這樣得到了超過兩公尺的射程。如果把培養物放進只開一個小窗的暗盒,幾乎所有命中點都會集中在小窗周圍。

紙帶:一格為 2 小時10 l/min 的空氣
狹縫把空氣吸到滾筒的黏性紙帶上

孢子捕捉器

從菌蓋下出來的孢子被風帶走。要知道空氣中有多少孢子,就要架設孢子捕捉器。泵每分鐘約抽過 10 公升空氣,通過一條窄縫,孢子粘在緩緩轉動的滾筒紙帶上。在顯微鏡下可以看出哪些時段孢子最多。過敏人群的通報和穀類病害的預警就是這樣編出來的。

05 mm10 mm 大孢子 小孢子落在後面 v = g·τ
孢子在玻璃柱中沉降

沉降柱

不必在飛行中拍攝孢子,也可以記下它怎樣下落。密閉的玻璃柱裡沒有穿堂風,孢子以恆定的速度沉降。由這個速度求出 τ:τ = v/g。知道了 τ 和彈射速度,就得到停住前的路程。孢子大一倍,沉降快四倍——τ 隨大小的平方增長。

05 · 書寫規則
速度 · 加速度 · 路程

速度用 m/s,加速度用 m/s² 或 g

速度寫成公尺每秒。加速度寫成公尺每二次方秒,或寫成 g 的倍數,這時 g 放在數字後面。路程要連同彈射體的大小一起寫:沒有大小,這個數就無法與別的實驗比較。

正確
v₀ = 1.2 m/s
a ≈ 1·10⁵ m/s² (≈ 10⁴ g)
x = 0.1 mm,d = 5 µm
v₀ = 20 m/s,射程 1.7 m
沉降 0.8 mm/s
τ = 0.08 ms
錯誤
v₀ = 1.2 m/s²
a = 10 000 g/s
孢子飛 0.1 mm
孢子囊飛 20 m/s,到 1.7 m/s
孢子落 0.8 mm
τ = 0.08

m/s² 是加速度的單位,不是速度的單位。g 本身已經是加速度,「每秒 g」沒有意義。不寫彈射體大小的路程什麼也說明不了:孢子大一倍,飛得遠四倍。射程是長度,不是速度。沉降速度是速度,所以要有「每秒」。時間常數也有單位——秒或毫秒。

06 · 相鄰單位
真菌學

孢子的路程取決於它的大小:隨直徑的平方增長。所以孢子大小那一頁是這一頁的近鄰。落下的孢子會不會長出新的菌落、長得多快——那是菌絲生長那一頁的事。

Q · µm
孢子大小

停住前的路程 ∝ d²。

mm/d
菌絲生長

落下的孢子會長出什麼。

m/s
公尺每秒

1 m/s = 3.6 km/h.

07 · 歷史部分
檔案 · 從布勒的放大鏡到高速攝像機

人們怎樣看見了只持續微秒的事

計量學札記

彈射速度由兩三幀畫面測得

一夜間佈滿孢子囊的靶

孢子在幾微秒內加速,幾乎立刻就開始減速。即使每秒 250 000 幀,畫面裡也只落進它的寥寥幾個位置。速度由脫離後頭幾幀之間的位移算出,位置每差一微米,速度就差四分之一公尺每秒。

況且孢子在兩幀之間就已在減速。由頭兩幀得到的速度,是 4 µs 內的平均速度,不是初速度。所以初速度常用另一種辦法求:用飛行中所有畫面擬合出減速曲線,再向回延伸到脫離的那一刻。

水玉黴要簡單些:彈射體大,飛行時間長。但這裡靶上的射程也不等於速度:要通過空氣阻力換算,而阻力取決於孢子囊的大小和形狀。所以在實驗的描述裡總要寫明,這個數是怎樣得到的。

Δx 幀間隔 4 µs
飛行畫面,間隔縮短
基礎 · 7 個單位

國際單位制的七個基本單位

量的目錄
真菌學 · 12 個單位頁
目錄實驗室:一杯紫甘藍汁、一個燃燒器、冷板上的一杯水和一組齒輪
目錄 · 所有量都在一頁
目錄入口處的實驗室

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