• РЕГИСТРАЦИЯ
Коронавирус. Последние новости

Хвост малой косатки оказался самым эффективным

9 708

Моделирование движения хвостового плавника косатки. След состоит из пересекающихся вихревых колец в местах перегиба и протяженных вихревых колец в остальных промежутках

Fatma Ayancik et al. / Journal of the Royal Society Interface, 2020

 

Американские ученые смоделировали движение хвостового плавника некоторых видов китообразных в зависимости от формы и кинематики движения и выбрали на основе этого самый эффективный хвост. Его обладательницей оказалась малая косатка, при этом самые выгодные кинематические характеристики — у белухи, а самый быстрый хвост — у большелобого продельфина. Статья опубликована в Journal of the Royal Society Interface.

Так как у водоплавающих специфическое движение связывается с определенной формой хвоста, ученые предполагают, что существуют наиболее выгодные сочетания формы и образа движения. В качестве модельных объектов многие исследователи выбирают представителей китообразных: все благодаря их высокой скорости, эффективности движения и маневренности. Эти качества достигаются за счет циркуляционных сил: животные двигают хвостовыми плавниками, и они изгибаются для лучшего отталкивания от воды.

Активное изучение движения водоплавающих животных началось в 1960-х годах. Английский математик Майкл Джеймс Лайтхилл (Michael James Lighthill) и американский инженер Теодор Яоцу-Ву (Theodore Yao-tsu Wu) описали в своих работах (12) движение рыб и китообразных млекопитающих с позиции нестационарных сил в потенциальном поле для случаев протяженного тела и колеблющейся пластины, соответственно. С тех пор исследователи установили много закономерностей, например, что соотношение сторон плавника и размах хвостового плавника значительно влияют на создаваемую продвигающую силу и эффективность движения. Более подробное изучение поведения хвоста позволило ученым обнаружить зависимость между формой плавника и кинематикой хвоста — то, как он изгибается и на какую длину поднимается. 

Новый взгляд на проблему движения морских животных также внесли законы масштабирования — зависимости поведения механических величин от размеров объекта, в 2014 Маттиа Гаццола (Mattia Gazzola) совместно с коллегами из Гарвардского университета напрямую связала скорость передвижения и формо-кинематические переменные, такие как длина тела, амплитуда и частота взмаха хвоста.

Фатма Аянджик (Fatma Ayancik) со своими коллегами из Университета Лехай и Вест-Честерского университета изучили, как изменения формы и кинематики самоходного хвоста китообразного влияют на его движение в целом. Они выбрали пять модельных хвостовых плавников представителей китообразных: белухи (Delphinapterus leucas), афалины (Tursiops truncatus), косатки (Orcinus orca), большелобого продельфина (Stenella plagiodon) и малой косатки (Pseudorca crassidens).

 

Фотографии реальных плавников китообразных из коллекции тематического парка SeaWorld (слева направо): белуха, афалина, косатка, большелобый продельфин и малая косатка. Под ними представлены их геометрические модели, описанные с помощью многочленов 2 и 4 порядка.

 

При численном моделировании авторы принимали поверхность кита за конечное количество связанных прямоугольников. В каждом прямоугольнике они выбирали точку и в каждый момент времени определяли ее скорость и положение. Форму плавников описали с помощью многочленов 4 и 2 порядка, расхождение описания от реального плавника наблюдалось только на его кончиках — в природе фигуры получаются более гладкими. Само движение животного авторы описывали с позиции того, что только хвост вносит полезный вклад в движение, а остальное тело только сопротивляется продвижению за счет силы трения — такая модель называется самоходным хвостом. Чтобы смоделировать силы, действующие на самодвижущиеся хвостовые плавники, биофизики использовалинестационарный трехмерный метод граничных элементов для потенциального потока.

Кроме того, ученые сделали постоянными некоторые параметры систем: в итоге моделью водоплавающего было девятитонное животное с площадью поверхности 30 квадратных метров, площадью хвостового плавника в один квадратный метр, с коэффициентом сопротивления 0,01 и с частотой колебаний хвоста в два герц.

Ученые создали 25 моделей движения, перебрав пары образа движения и формы плавника. Они пришли к выводу, что большелобый продельфин имеет самые высокие коэффициенты тяги и мощности. Его хвост, однако, — самый большой, тяжелый и наименее гибкий, из-за чего ему приходится тратить больше энергии на его подъем. Наблюдая рост необходимого для максимальной эффективности относительного подъема хвоста при уменьшении отношения ширины хвоста к длине, авторы делают вывод о связи между кинематикой хвоста и формой плавника в точке максимальной эффективности. Однако в остальной области эффективности этой связи не наблюдается и всегда существует какой-то тип движения и форма плавника, которые выигрывают остальные при прочих равных.

Среди всех 25 пар форма-кинематика наиболее эффективным оказался хвост малой косатки с кинематикой белухи. При рассмотрении собственных кинематик и форм самым эффективным пловцом признается малая косатка, а самым быстрым китообразным из выбранных получился большелобый продельфин. Законы масштабирования выявили, что источником мощности и тяги являются не только циркуляторные силы, но и силы добавленной массы, действующие на хвостовой плавник. Таким образом, ученые подтвердили, что в случае условия максимальности эффективности форма и кинематика хвоста действительно зависят друг от друга. В будущем это может сделать движение подводных механизмов более эффективным.

Три года назад американские биологи уже опубликовали исследование про кинематику движения молотоголовой акулы. Выяснилось, что быстрые колебания головы позволяют акуле плавать быстрее и маневреннее. О том, как инженеры уже применяют идеи, заимствованные у живой природы, писали полтора года назад. В воде новый робот-амфибия ведёт себя как скат, и за счет тех же плавников он способен передвигаться по суше.

Артем Моськин

https://nplus1.ru/news/2020/03...

 

Всё, о чём не расскажет РЕН-ТВ

    О фашизме и клоунах пропаганды

    И снова в соцсетях пытаются натягивать сову на глобус с помощью методички про «в России фашизм». Методичка эта ведёт своё происхождение из глубин Службы безопасности Украины, равно как...

    «Ирина Алферова: "Весь курс стал голубым"»

    Народная артистка России Ирина Алферова дала небольшое интервью одному изданию, где рассказала страшную правду о своих сокурсниках по ГИТИСу. Еще в далеком 1972 году она окончила этот ВУЗ по курсу зас...

    Россия запретила ввоз топлива в Россию. Всем и любого. Вот и допрыгалась Белоруссия.

    В условиях кризиса Россия приняла свои защитные меры и прекращает кормить даже соседей.с 25 мая и пока до 1 октября 2020 года, неожиданно запрещен импорт бензина, керосина, дизельного т...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Drozd Вчера 19:47

      Лифт с педалями

      Пандемия коронавируса диктует новые реалии во всем мире. Болезнь заставляет людей и целые компании переосмысливать свой подход к жизни и работе, изобретать новые способы вести повседневную жизнь, но уже с точки зрения защиты себя и окружающих от коварной инфекции. Сейчас мир переживает настоящий бум новшеств и необычных идей, связанных с обеспечением физической ди...
      386
      Drozd Вчера 18:41

      Россия находится на пороге технологического доминирования

      Технологическая война, происходящая сейчас, сродни той ядерной гонке, которая началась в первой половине прошлого века. И победит в ней тот, кто первым сможет удовлетворить сумасшедший аппетит мира в прокачке и быстрой обработке всё больших объёмов данных. Не многие знают, но интернет родился из американской военной сети ARPANET образца 1967 года. И тем бол...
      2037
      Drozd Вчера 16:28

      Новая украинская провокационная игра — помоги Гитлеру взять Москву

      Внутри игры целых полтора часа видеовставок, образующих полноценный фильм с Гитлером в главной роли. Цель игры прямо заявлена так - «во главе вооруженных сил Германии вам предстоит поставить на колени всю Европу». Ну и принять парад вермахта на Красной Площади. Сорвали сроки украинские товарищи, сорвали! А как хвастались: «Наше ключевое преиму...
      666
      Drozd 25 мая 16:48

      Узор на спине гадюк оказался одновременно камуфляжем и предупреждающим сигналом

      Обыкновенная гадюка (Vipera berus) Kees Waterlander / Flickr Узор на спине обыкновенной гадюки одновременно служит камуфляжем и предупреждением для хищников. К такому неожиданному выводу пришли финские ученые, изучившие окраску этой змеи. Согласно их публикации в Animal Behaviour, зигзагообразный узор способен надежно скрыть гадюку от гла...
      451
      Drozd 25 мая 12:52

      Самоподдерживающаяся коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума

      Рис. 1. Черепа разных гоминид. Видно, что в ходе эволюции предков современных людей размеры черепа и мозга увеличивались. Рисунок из статьи J. Hawks et al., 2017. New fossil remains of Homo naledi from the Lesedi Chamber, South Africa Необыкновенно быстрое по эволюционным меркам увеличение мозга у наших предков, по мнению ряда иссл...
      420
      Drozd 25 мая 12:43

      Исследование: птицы ежедневно съедают сто кусочков пластика

      Исследование: птицы ежедневно съедают сто кусочков пластика. Ученые считают, что пластик будет постепенно передаваться по пищевой цепочке и дойдет до человека.   Новое исследование, проведенное исследователями Кардиффского университета, показало, что пластик поедают не только животные, которые живут в океане. Они установили, что птицы ежедневн...
      169
      Drozd 24 мая 14:43

      Правда ли, что наши предки убили неандертальцев?

      Примерно 40 тысяч лет назад на Земле жили сразу несколько представителей рода людей. Самыми многочисленными из них были наши далекие предки Homo sapiens и неандертальцы. Жить на одной планете сразу нескольким видам прямоходящих существ, умеющих изготавливать оружие, разогревать пищу и охотиться, было крайне непросто. Ученые уверены, что между двумя видами од...
      1128
      Drozd 24 мая 13:44

      Исторические примеры использования насекомых для войны

      Самые ранние упоминания о энтомологической войне около 2000 лет. То есть идея выпила вражеских солдат с помощью букашек не нова, но разные эпохи и цивилизации ее закручивали по-своему. Вот как это было… Улья пчел изначально использовали римляне, и для атаки, и для защиты. До этой тактики додумалось огромное количество народов в дальнейшем. Са...
      491
      Drozd 24 мая 09:39

      «Малярийный комар» - кошмар твоего детства

      Помните в детстве, когда на вас летел гигантский комар, размером с ладонь взрослого человека, многих бросало в дрожь. Сколько ж крови выпьет этот монстр?! А вдруг еще и малярией заразит. Комар то «малярийный». На самом деле все конечно же не так. Это комар-долгоножка, он же карамора. Не удивительно, что за такую внешность наш герой получил не...
      2713
      Drozd 22 мая 11:20

      Антарктида стремительно зеленеет

      Ботаники составили первую крупномасштабную карту цветения водорослей на побережье Антарктики. Они сделали это на основании спутниковых данных и полевых измерений. Несмотря на крошечный размер каждой водоросли, в массе они дают ярко-зеленый цвет. Росту водорослей способствуют… …потепление и органические удобрения (спасибо пингвинам!). Исс...
      420
      Drozd 21 мая 21:49

      Потепление на два градуса подорвет биоразнообразие тропических лесов

        T. R. Shankar Raman / Wikimedia commons   При потеплении среднегодовой температуры воздуха на два градуса Цельсия 71 процент видов живых организмов, населяющих тропические леса планеты, окажется за пределами своей температурной толерантности. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Science, эт...
      252
      Drozd 21 мая 21:43

      Использование грунтовых вод поставило 200 миллионов людей перед угрозой отравления мышьяком

        Ma soeur / Wikimedia Commons   От 94 до 220 миллионов человек, 85-90 процентов которых проживает в Южной Азии, подвергаются угрозе попадания мышьяка в организм из-за организации водоснабжения: они используют глубоко залегающие грунтовые воды для получения питьевой воды и полива сельскохозяйственных культур. Ученые...
      702
      Drozd 21 мая 12:15

      ИИ впервые смог обмануть капчу Microsoft

      ИИ впервые смог обмануть капчу Microsoft. После того, как его обучили автоматически удалять лишний шум, эффективность инструмента выросла до 90%. Исследователи из компании F-Secure научились использовать ИИ для того, чтобы обходить капчу на сайте  Microsoft Outlook. В своем тексте они объяснили, что самой большой трудностью для них было прав...
      690
      Drozd 20 мая 20:58

      В архивах обнаружили редкую видеосъемку вымершего тасманийского волка — тилацина

      На уникальных черно-белых кадрах запечатлен последний известный тилацин Бенджамин, живший в 30-х годах прошлого века в тасманийском зоопарке. Тасманийский волк (Thylacinus cynocephalus) – животное, вызывающее вокруг своего существования немало споров вот уже несколько лет. Зверь относится к отряду хищных сумчатых и, как все представители этого отряда, явл...
      700
      Drozd 20 мая 20:27

      Режим самоизоляции сократил количество лесных пожаров в Центральной России на 75 процентов

        Mikhail Mironov / Commons: RIA Novosti Режим самоизоляции привел к снижению частоты возникновения лесных пожаров во время майских праздников на территории Центральной России не менее чем на 75 процентов по сравнению со средними показателями за прошедшие 10 лет. Такие выводы содержит информаци...
      203
      Drozd 20 мая 16:00

      Исследователи сошли с ума в окружении пингвинов, потому что те какали веселящим газом

      В новом исследовании ученые из Университета Копенгагена продемонстрировали, что пингвины в Антарктиде выделяют огромное количество закиси азота через кал, который выделяется в разы больше, когда кал становится гауно. При чем его настолько много, что исследователи сошли с ума из-за того, что были окружены пингвинами и их гуано. Об этом сообщает Science of The...
      1090
      Drozd 20 мая 12:53

      Межвидовая гибридизация у меченосцев повышает риск злокачественных новообразований

      Рис. 1. Две пары видов меченосцев, у которых в роли «гена видообразования» выступает ген xmrk, участвующий в формировании черных пятен и вызывающий меланому у гибридов. Вверху: Xiphophorus maculatus и X. hellerii, разделившиеся 3 млн лет назад и гибридизующиеся только в лаборатории. ...
      186
      Drozd 19 мая 18:23

      В Гидрометцентре спрогнозировали теплый июнь в России

      МОСКВА, 19 мая – РИА Новости. Предварительный прогноз на июнь вполне благоприятный, рассказала в интервью "Российской газете" заведующая лабораторией Гидрометцентра Людмила Паршина. В Москве и Подмосковье первый месяц лета может оказаться теплее нормы: температура окружающего воздуха ожидается в промежутке плюс 10-15 градусов по н...
      333
      Drozd 17 мая 14:33

      Теорию гомосексуальности как войны полов доказали на жуках

      Пенис Callosobruchus maculatus Wikimedia Commons Шведские генетики доказали работоспособность одной из теорий гомосексуального поведения, согласно которой оно связано с разными функциями одного гена у разных полов. Исследование, в ходе которого удалось показать, как такое поведение может эволюционно поддерживаться, проводилось на жуках. Статья опубликов...
      968
      Drozd 17 мая 14:29

      В ближайшие 20 лет на Аляске ждут 300-метровое цунами

      Это только так кажется, что вода является чем-то безобидным. Все из-за того, что в обычной жизни мы редко встречаемся с объемами этого вещества, превышающими объем бассейна. В реальности куб воды высотой метр весит как автомобиль и, двигаясь со скоростью даже 40 километров в час, он может натворить очень много дел. А теперь представьте волну высотой 30 метров, несущую...
      2442
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика