Физики раскрыли секрет скорости и ловкости дельфинов
PRF: хвост дельфина создает водные вихри, обеспечивая мощную движущую силу
Ученые из Университета Осаки раскрыли, что хвост дельфинов во время движения закручивает водные потоки, что позволяет животным развивать высокую скорость и маневренность в воде. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Fluids (PRF).
Дельфины давно считаются одними из самых быстрых и подвижных морских млекопитающих, однако точные причины их эффективности оставались предметом дискуссий. Способность дельфинов очень быстро плавать – их скорость доходит до 37-55 километров в час — также была причиной множества споров ученых с 1930 года.
Чтобы разобраться в этом, исследователи использовали высокоточное компьютерное моделирование и провели расчеты на суперкомпьютере, воссоздав движение воды вокруг тела животного.
Моделирование позволило детально разложить поток жидкости на составляющие и оценить вклад различных элементов турбулентности. Выяснилось, что ключевую роль в движении играют мощные вихревые структуры, формируемые хвостом дельфина.
При каждом ударе хвоста образуются крупные вихревые кольца, которые эффективно отталкивают воду назад и создают основную тягу, продвигающую животное вперед. Именно эти крупномасштабные вихри обеспечивают высокую скорость и экономичность плавания.
Одновременно с этим возникают и более мелкие завихрения — так называемый энергетический каскад, при котором энергия передается от крупных структур к мелким. Однако, как показало исследование, такие мелкие вихри практически не участвуют в создании тяги и являются побочным продуктом турбулентного потока.
Авторы подчеркивают, что выявленный механизм остается стабильным при разных скоростях движения, что говорит о его универсальности. По их словам, полученные данные могут быть использованы при разработке подводных аппаратов нового поколения. В частности, понимание роли вихревых структур поможет создавать более быстрые и энергоэффективные роботы, способные имитировать движения морских животных и оптимально взаимодействовать с водной средой.
PRF
