Physik in der Tierwelt: Tauchvögel und ihr Sicherheitssystem

Einige Arten von Seevögeln können mit einer sehr hohen Anfangsgeschwindigkeit in große Tiefen tauchen. Einige Vogelarten tauchen aus großer Höhe ein und tauchen ohne Schaden für sich selbst ins Wasser. Eine Person würde, wenn sie mit der gleichen Geschwindigkeit in Wasser getaucht würde, sehr schwere Schäden an den inneren Organen erleiden und mit hoher Wahrscheinlichkeit sterben. Aber Vögel können leicht ein schnelles Eintauchen in die Tiefe ertragen. Dies ist anders, zum Beispiel Tölpel. Auerhahn sind große Vögel, die frei über dem Meer schweben und Fische und Tintenfische aus einer Höhe von 10 bis 100 m bis zu einer Tiefe von 25 m ins Wasser tauchen. Die Körperlänge von Erwachsenen der Gattung Sula beträgt 71 bis 91 cm, die Flügelspannweite beträgt bis zu 1,5 m Gewicht 0,7-1,5 kg. Beim Tauchen können sie Geschwindigkeiten an der Wasseroberfläche von bis zu 140 km / h erreichen.

Wie sind diese Vögel dazu in der Lage? Tölpel haben mehrere Schutzmechanismen des Hör- und Sehapparates und des gesamten Körpers. Eine kürzlich abgeschlossene Studie eines Wissenschaftlerteams am Virgin Polytechnic Institute hat die Situation geklärt. Die Ergebnisse wurden in Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht .

„Wir waren daran interessiert, was mit den Vögeln passiert, wenn sie in Wasser getaucht sind. Die Dummies zeigten ein unglaubliches Ergebnis “, sagt Sunny Jung, eines der Mitglieder des Forschungsteams. Die Forscher untersuchten im Verlauf ihrer Arbeit die Biomechanik von Tölpeln während des Tauchens. Sie fanden heraus, dass die Kopfform, die Halslänge und die Nackenmuskulatur des Vogels dem anfänglichen Widerstand und dem zunehmenden Druck der Wassersäule mit der Tiefe wirksam widerstehen und die negativen Auswirkungen eines hohen Drucks auf den dünnen Hals und den gesamten Körper des Vogels verhindern. Die Hauptkraft, die zu Beginn eines Tauchgangs auf den Kopf des Vogels wirkt, ist der Widerstand. Seine Tölpel lernten ohne Probleme zu überwinden.

Frühere Studien haben sich auf die Umweltaspekte der räuberischen Tölpelinstinkte konzentriert. Jang und Kollegen beschlossen, den Mechanismus des Eintauchens von Tölpeln in Wasser zu untersuchen. Eine Gruppe von Wissenschaftlern war die erste, die viele Details der Immersionsphysik herausfand, einschließlich struktureller Merkmale des Körpers, die es Tölpeln ermöglichen, sich in großen Tiefen großartig zu fühlen. Wissenschaftler haben ein Modell des Körpers und des Halses (mit Muskeln) erstellt. Experten druckten auch auf 3D-Druckerkopien von Gannetwha-Schädeln. Kopien wurden auf der Grundlage von echten Schädeln erstellt, die von der Smithsonian Institution zur Verfügung gestellt wurden.

Dank des "Ausdrucks" konnten Wissenschaftler die Kräfte messen, die während eines Tauchgangs auf Kopf und Hals des Vogels wirken. Um die Möglichkeiten der Besten weiter zu erforschen, haben Wissenschaftler ein 3D-Modell von Kopf und Hals eines Tölpels erstellt. Es wurde beschlossen, das Modell zu vereinfachen und es während der Arbeit schrittweise zu komplizieren. Der Kopf wurde auf einen flexiblen gummierten „Hals“ gelegt. Das gesamte System wurde dann mehrmals in Wasser getaucht und erlebte den Prozess des Tauchens von Tölpeln. Der "Kopf" und der "Hals" wurden in verschiedenen Tiefen in verschiedenen Winkeln eingetaucht. Der künstliche Hals wurde mit verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bedeckt. Der Eintauchvorgang wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt, um die Wahrheit herauszufinden.



„Genau das haben wir getan. Wir haben ein komplexes System gefunden und beschlossen, es zu vereinfachen “, sagt Brian Chang von der Wansington University. Das Ergebnis der Analyse zeigte, dass ein starker Druck in Abhängigkeit von der Geometrie des Kopfes fast keine Auswirkungen haben kann, aber auch die Gesundheit des Vogels ernsthaft schädigen kann. Die Wissenschaftler untersuchten auch die Stärke des Halses, der enormen Belastungen standhalten kann.

„Wir haben festgestellt, dass bei allen Tölpeln der Kopf auf besondere Weise modifiziert wurde, was für andere Vögel der Familie charakteristisch ist. Dies verringert die Wirkung der Wassersäule auf den Schädel. Wie sich herausstellte, liegt der Grund auch in der Tatsache, dass Tölpel vor dem Tauchen die Muskeln des Halses stark reduzieren, was nicht zum Tod dieser Vögel führt. Durch die Kontraktion der Nackenmuskulatur reduzieren Tölpel die Wirkung der Wasserbeständigkeit auf den Körper.

Die Biomechanik ermöglichte es Wissenschaftlern, Modelle von Skeletten nicht nur der Tölpel zu erstellen, die in diesem Artikel behandelt werden. "In unserer Studie haben wir uns auf Tölpel und Kormorane konzentriert, die echte Fiktion zeigen, wenn es um die Jagd mit Tauchen geht." Es stellte sich heraus, dass die Form des Kopfes, die Eigenschaften des Halsmaterials und die Eintrittsrate in das Wasser für die Überwindung der Wasserbeständigkeit von großer Bedeutung sind. Beim Tauchen nimmt der Körper eines Tölpels eine längliche Form an, der Vogel betritt das Wasser wie ein Pfeil, der von einem Bogen gelöst wird.



Der Körper der Tölpel ist ideal für das Hochgeschwindigkeitstauchen geeignet . Es ist interessant, dass andere Familienmitglieder nicht in der Lage sind, ins Wasser zu tauchen, aus der Höhe abzubrechen und zu tauchen.

Leider hat eine Person nicht die Möglichkeit, sich zu verteidigen, wenn sie in wenigen Minuten in die Tiefe taucht, wie es Vögel tun. Aber viele Leute tauchen gerne von oben. Extremsportarten wie das Tauchen mit Wasser aus großen Höhen - von Brücken, Klippen und anderen hohen Objekten - werden heutzutage immer beliebter. Die Ergebnisse der Studie , die von Wissenschaftlern erhalten wurden, werden dazu beitragen, Empfehlungen für extreme Menschen zu entwickeln, um Schäden beim Eintritt in die Wassersäule zu vermeiden.

"Wir glauben, dass unsere Erkenntnisse von echten Hochtauchern genutzt werden können ", sagen die Wissenschaftler.

Source: https://habr.com/ru/post/de398089/