Почему рыбы плавают быстрее подлодки

Суперкомпьютер и числовое моделирование помогли китайским ученым ответить на вопрос об удивительной скорости движения рыб в толще воды.

Исследование феномена в рамках физики давало основание утверждать, что рыбы используют некую дополнительную тягу, природа которой долго оставалась неясной. В середине ХХ века она получила правдоподобное объяснение в рамках двух научных теорий.

Какова скорость рыб

В воде тренированный человек может преодолевать до десяти километров в час, а находясь на борту современной подлодки, он увеличивает скорость своего передвижения в восемь раз.

Самые быстрые из рыб могут развивать скорость до сотни километров в час, и при этом они действуют очень эффективно. Эта особенность рыб всегда порождала споры ученых, поскольку универсального объяснения не было ни у кого.

Гипотеза Джеффри Тейлора

Британский физик Тейлор в 1952 году обосновал феномен рыб с позиций сегментарного строения их тела.

Он обратил внимание на то, что в процессе движения тело рыб извивается. В ходе колебательных движений каждого из сегментов возникает сила сопротивления, направленная в сторону тела: почти по перпендикуляру. Итогом действия этих сил становится появление суммарной тяги в направлении, параллельном движению, - так рыба ускоряется вперед.

Гипотеза Джеймса Лайтхила

Другой британский физик объяснил феномен с позиций инерции - свойства тел сохранять заданную им скорость даже в отсутствие дополнительного воздействия. В рамках теории Лайтхила особую роль играет хвостовой плавник.

В этом случае возникающая дополнительная тяга имеет качественно иную природу. Это сила реакции, сопряженная с ускорением, а описанная Тейлором сила сопротивления связана со скоростью.

Теория Тинюя Мина

Группа ученых одного из научных центров Пекина с помощью компьютера обобщила данные экспериментов по наблюдению за живыми рыбами и построила его числовую модель.

За основу специалисты взяли две существующие физические теории, отобрав для опытов рыб с разным типом движения. Угорь, что извивается в толще воды, стал моделью для измерений в рамках теории Тейлора. Сельдь, что использует в движении хвостовой плавник, позволила сосредоточиться на параметрах теории Лайтхила.

Обе научные гипотезы подтвердили свою состоятельность. Но оказалось, что рыбы устроены еще сложнее: они всегда используют оба вида тяги. Дополнительные силы зависят от формы их тела и по-разному проявляют себя в разных зонах. Силы сопротивления помогают ускорять движение равномерно сформированного тела, а инерция важна в хвостовой части.

Играют роль и связки между подвижными позвонками - их эластичное растяжение и сокращение осуществляет «трансмиссию» возникающих основных и дополнительных сил.

Фото: ru.toluna.com 

 

Кирсанова Дина
Аномальное потепление воды в океане вызвало массовую гибель рыбы Аномальное потепление воды в океане вызвало массовую гибель рыбы Новости
Океанографы изучили ситуацию, которая произошла в июле 2017 года.
Морские губки вдохновили учёных на строительство зданий нового поколения Морские губки вдохновили учёных на строительство зданий нового поколения Новости
В будущем мосты здания различного значения и космические корабли могут значительно отличаться от привычных нам образов, считают учёные.