SIMETRIU M .COM v₀ ≈ 1 m/s 真菌学
基本单位:m · s
ZH|36 种语言
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 水玉霉光 Buller 1909 · 20 000 fps 高速摄影
大小写

初速度用小写 v 加下标零书写:v₀。单位是米每秒,m/s。弹射时的加速度常用重力加速度的倍数表示:斜体小写 g。孢子在空气中的减速时间用希腊字母 τ 表示,制动距离用 x 加下标 stop 表示。

不要混淆

弹射速度不是下落速度。孢子以约 1 m/s 的速度射出,而下落的速度要慢一千倍,约 1 mm/s。以 g 计的加速度不是“克”。弹射速度也不能说明射程:小孢子几乎立刻就被空气止住,而水玉霉沉重的孢子囊能飞出好几米。

铭牌展示了什么

左边是一朵菌盖尖锥形的蘑菇,孢子从菌褶下落。右边圆圈里放大了一片菌褶:在它的表面、孢子基部长出一滴水,随后孢子脱离,向侧面飞出,又猛地折向下方。圆圈下方标尺上的标记走到 0.1 mm,这就是孢子向侧面飞出的距离。下方,水玉霉把黑色的孢子囊弹向光亮处。高速摄影的指示灯在闪烁。

单位页
真菌学 修订 2026-10

孢子弹射 v₀, m/s

SI 导出单位 · 量:孢子弹射时的初速度

蘑菇弹射孢子,恰好落进缝隙

菌盖下面,菌褶几乎紧挨着排列,相互间隔不到一毫米。孢子附在菌褶的侧面。若只是松开,它会粘在同一片菌褶上。所以蘑菇要把它弹出去。孢子向侧面飞出约十分之一毫米,在空气中停住,然后落下,落进两片菌褶之间的缝隙。

弹射靠的是一滴水。水滴在孢子基部聚集,某一刻与孢子表面的水膜汇合。水猛地流动,重心移位,孢子便以约每秒一米的速度脱离。此时的加速度约为一万 g。整个弹射只持续几微秒。

别的真菌射得更猛。长在粪便上的水玉霉把孢子囊抛出两米半远,直落在草上,朝着光亮的方向。子囊菌的子囊把孢子射出,速度达每秒几十米。但对一颗小孢子来说,要紧的不是速度,而是空气多快能把它止住。

记号v₀ ——初速度
单位m/s;加速度以 g 计
制动距离x = v₀ · τ, τ = ρd²/(18η)
用什么测高速摄影,最高 250 000 帧/s
弹射持续时间几微秒
典型值1 m/s ——伞菌 · 20 m/s ——水玉霉 · 35 m/s ——子囊
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01 · 定义
弹射 · 减速 · 下落

弹射速度 v₀ 是孢子脱离后最初一刻的速度。它由高速摄影的画面测得:看孢子在两帧之间移动了多少微米。此后空气使它减速,速度迅速下降。

对一粒微小的颗粒来说,空气黏得像蜂蜜之于豌豆。阻力与速度成正比,速度按指数规律衰减,时间常数为 τ。颗粒越小,τ 越小:5 µm 大小的孢子,τ 约为 0.08 ms。在这段时间里,孢子走过的路程为 x = v₀·τ,约 0.1 mm,然后停住。

停住之后,孢子开始下落。当重力与阻力平衡时,速度为 v = g·τ,不到每秒一毫米。孢子就以这样的速度从菌褶之间降下,离开菌盖。水玉霉的大孢子囊减速慢得多,所以能飞出好几米。对它来说,阻力增长得比速度还快,计算时要加上雷诺数的修正。

ρ ——孢子的密度 · d ——其直径 · η ——空气黏度 1.8·10⁻⁵ Pa·s · g ——9.81 m/s² · t_l ——弹射持续时间
L·T⁻¹
速度的量纲
≈ 10⁴ g
弹射时的加速度
0.1 mm
停住前走过的路程
表 · 谁怎样射,按叶片模型计算
谁v₀, m/s加速度路程
速度来自高速摄影实验,路程由叶片模型算出。弹射体越大,同样的速度下飞得越远。
互动 · 慢放的弹射

孢子为什么不会粘在邻近的菌褶上

上方是弹射处的剖面:蘑菇菌盖的菌褶、长在麦穗子实体里的子囊,或粪便上的水玉霉。点击“发射”:弹射体以速度 v₀ 飞出,其轨迹按空气阻力计算。画面经过放慢:最初的几微秒被拉长,否则根本看不见。滑块可改变速度、弹射体大小,以及菌褶的间隙或发射角。“无空气”画出弹射体在真空中会飞到哪里。绿色表示菌褶和目标,梅红色表示孢子及其路径,红色表示未命中和无空气时的路径。下方有三种视图。“轨迹”是按真实比例画出的路径。“速度”是速度随时间下降的情形,用对数坐标。“大小与路程”是同一速度下不同大小的颗粒能飞多远。

标记:

说明 · 菌褶为什么垂直悬挂

孢子垂直下落,蘑菇对此心中有数

停住之后,孢子笔直向下落。如果菌褶是倾斜的,孢子就会撞上去并粘住。所以蘑菇让菌褶保持垂直:把菌柄放倒,它会在几小时内弯曲,重新把菌盖摆平。在菌盖尖锥形的小蘑菇上,菌褶又窄又高,菌褶间的缝隙只有零点几毫米。缝隙必须比孢子走过的路程大,但不能大太多:这样菌褶上才能容纳更多孢子。

02 · 换算
速度单位 · 并排的弹射 · 按大小的路程

从米每秒到孢子的长度

输入速度并选择单位。第一个选项卡把它换算成其他单位,包括每秒多少个孢子长度——不同大小的弹射体就是用这个来比较速度的。第二个选项卡把不同真菌的弹射并排放在一起。第三个选项卡算出,在这一速度下不同大小的颗粒能飞多远。

便于记忆的规则:1 m/s 就是每微秒 1 µm,也是 3.6 km/h。5 µm 的孢子以这个速度,每毫秒能飞过自己长度的二百倍。

是模型,不是实测

路程是按同质量的球、在 20 °C 的静止空气中算出的。真实的孢子是拉长的,会旋转,还会碰上菌盖下微弱的气流。所以这些数只是数量级。摄影实验给出的路程相近:伞菌为 0.05—0.2 mm。

换算表
03 · 数量级 · 真菌生活中的速度

速度,m/s,对数坐标

04 · 测量仪器
摄像机 · 靶 · 孢子捕捉器 · 沉降柱

弹射只持续几微秒,痕迹却留存多年

250 000 fps 4 µs 内的 Δx
显微镜上的摄像机与飞行画面

高速摄像机

把摄像机装在显微镜上,从侧面拍摄一小片菌褶。要看清弹射本身,每秒需要几十万帧。速度由孢子在相邻两帧之间的位移算出。在每秒 250 000 帧时,两帧之间隔 4 µs,孢子移动几微米——差不多是它自己的长度。

1 m2 m水玉霉
不同距离处的玻璃靶

水玉霉的靶

水玉霉的孢子囊是黏的,打到什么就粘在什么上。所以射程测起来很简单:在培养物周围的不同距离放上玻片,早晨数每一片上粘了多少孢子囊。布勒当年就是这样得到了超过两米的射程。如果把培养物放进只开一个小窗的暗盒,几乎所有命中点都会集中在小窗周围。

纸带:一格为 2 小时10 l/min 的空气
狭缝把空气吸到滚筒的黏性纸带上

孢子捕捉器

从菌盖下出来的孢子被风带走。要知道空气中有多少孢子,就要架设孢子捕捉器。泵每分钟约抽过 10 升空气,通过一条窄缝,孢子粘在缓缓转动的滚筒纸带上。在显微镜下可以看出哪些时段孢子最多。过敏人群的通报和谷类病害的预警就是这样编出来的。

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

沉降柱

不必在飞行中拍摄孢子,也可以记下它怎样下落。密闭的玻璃柱里没有穿堂风,孢子以恒定的速度沉降。由这个速度求出 τ:τ = v/g。知道了 τ 和弹射速度,就得到停住前的路程。孢子大一倍,沉降快四倍——τ 随大小的平方增长。

05 · 书写规则
速度 · 加速度 · 路程

速度用 m/s,加速度用 m/s² 或 g

速度写成米每秒。加速度写成米每二次方秒,或写成 g 的倍数,这时 g 放在数字后面。路程要连同弹射体的大小一起写:没有大小,这个数就无法与别的实验比较。

正确
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
错误
v₀ = 1.2 m/s²
a = 10 000 g/s
孢子飞 0.1 mm
孢子囊飞 20 m/s,到 1.7 m/s
孢子落 0.8 mm
τ = 0.08

m/s² 是加速度的单位,不是速度的单位。g 本身已经是加速度,“每秒 g”没有意义。不写弹射体大小的路程什么也说明不了:孢子大一倍,飞得远四倍。射程是长度,不是速度。沉降速度是速度,所以要有“每秒”。时间常数也有单位——秒或毫秒。

06 · 相邻单位
真菌学

孢子的路程取决于它的大小:随直径的平方增长。所以孢子大小那一页是这一页的近邻。落下的孢子会不会长出新的菌落、长得多快——那是菌丝生长那一页的事。

Q · µm
孢子大小

停住前的路程 ∝ d²。

mm/d
菌丝生长

落下的孢子会长出什么。

m/s
米每秒

1 m/s = 3.6 km/h.

07 · 历史部分
档案 · 从布勒的放大镜到高速摄像机

人们怎样看见了只持续微秒的事

计量学札记

弹射速度由两三帧画面测得

一夜间布满孢子囊的靶

孢子在几微秒内加速,几乎立刻就开始减速。即使每秒 250 000 帧,画面里也只落进它的寥寥几个位置。速度由脱离后头几帧之间的位移算出,位置每差一微米,速度就差四分之一米每秒。

况且孢子在两帧之间就已在减速。由头两帧得到的速度,是 4 µs 内的平均速度,不是初速度。所以初速度常用另一种办法求:用飞行中所有画面拟合出减速曲线,再向回延伸到脱离的那一刻。

水玉霉要简单些:弹射体大,飞行时间长。但这里靶上的射程也不等于速度:要通过空气阻力换算,而阻力取决于孢子囊的大小和形状。所以在实验的描述里总要写明,这个数是怎样得到的。

Δx 帧间隔 4 µs
飞行画面,间隔缩短
基础 · 7 个单位

国际单位制的七个基本单位

量的目录
真菌学 · 12 个单位页
目录实验室:一杯紫甘蓝汁、一个燃烧器、冷板上的一杯水和一组齿轮
目录 · 所有量都在一页
目录入口处的实验室

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08 · 你的语言
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