Китайські фізики з'ясували, як пінгвінам-шкіперам вдається тримати статус найшвидших підводних плавців серед птахів. Виявилося, окрім підхожої форми крила та оперення, птахи коригують кут нахилу своїх крил у воді, що допомагає покращувати тягу. Вчені сподіваються, що їхнє дослідження допоможе не лише краще зрозуміти плавання пінгвінів, а і покращити гідродинаміку роботів. Дослідження опубліковане у Physics of Fluids.
Пінгвін-шкіпер у воді. Priya Venkatesh / Wikimedia Commons
Навіщо фізикам плавання пінгвінів?
У пінгвінів крила перетворилися на ласти: непридатні для польотів, але завдяки структурі пір'їв і шкіри відмінні для пірнання і плавання під водою, де ці птахи добувають собі харч. Наприклад, пінгвіни-шкіпери (Pygoscelis papua) — найшвидші підводні птахи — здатні розвивати у воді швидкість до 36 кілометрів на годину. На відміну від дельфінів чи риб, у них нема можливості створювати тягу коливанням тіла, хвоста чи рухами ніг, тому пінгвіни мали навчитися правильно використовувати свої крила, щоб ефективно долати спротив води.
Аби уточнити, як саме їм це вдається, команда фізиків з Китайської академії наук переглянула відео з плаванням пінгвінів, створила двовимірну модель птаха та відтворила, як форма його крила взаємодіє з рідиною, аби створювати тягу.
Модель крила пінгвіна, яку побудували фізики. Hao Zhanzhou et al. / Physics of Fluids, 2023
Що фізикам розповіло плавання пінгвінів?
Використовуючи метод зануреної границі, який дозволив оцінити обтічність крила пінгвіна, вчені визначили, що основним джерелом тяги, до 85,4 відсотка, є зовнішні три п'ятих ділянки крила птаха. Аналізуючи співвідношення швидкості помахів крил до швидкості руху, фізики виявили, що оперення допомагає птахам ефективно долати спротив води, але тягу вони створюють не завдяки тиску на поверхню крила, а завдяки його підійманню-опусканню.
При підійманні крила, тиск під ним знижується, тоді як при опусканні — росте, що допомагає швидко рухатися. Причому вочевидь, у воді пінгвіни-шкіпери підбирають правильну амплітуду махання крил, адже завелика амплітуда створить зайві вихори, а заслабка не буде ефективною.
Нещодавно шотландські фізики з'ясували, чому каченята плавають за матір'ю-качкою ланцюжком. Виявилося, так вони використовують створювані при плаванні хвилі і не відстають один від одного. За це відкриття вченим вручили Ігнобелівську премію.