От китов до личинок: общие принципы плавания
Исследование под руководством профессора Л. Махадевана показало, что простые гидродинамические принципы управляют движением в воде практически всех животных — от мельчайших личинок рыб до гигантских китов. Работа опубликована 14 сентября в Nature Physics.
Универсальный подход
Вместо традиционного анализа отдельных видов исследователи сосредоточились на физических ограничениях, которые водная среда накладывает на всех её обитателей. Это позволило вывести компактную формулу, описывающую данные 50-летних экспериментов.
Два гидродинамических предела
Скорость плавания организма зависит от его размера, амплитуды и частоты движений. Анализ выявил два основных режима сопротивления:
- Промежуточные скорости: основное сопротивление создаёт трение кожи, потому что вода «прилипает» к телу.
- Высокие скорости: доминирует давление, которое нарастает перед телом и вокруг него.
Подтверждение данными
На графике, построенном по эмпирическим данным за последние 50+ лет, скорость плавания практически любого организма — от личинок рыб и лягушек до птиц, амфибий и китов — описывается одним из двух уравнений. Это также подтвердили сложные компьютерные модели, решающие уравнения гидродинамики.
Общий принцип
«Все организмы по сути достигают гидродинамических пределов производительности, — отмечает Махадеван. — Наша простая теория, которая не делает детальных различий между, например, синим китом и личинкой рыбы, а учитывает только параметры размера, амплитуды и частоты движений, может описать всё это разнообразие. Это говорит об общих принципах, лежащих в основе».