Física en el mundo animal: buceo de aves y su sistema de seguridad.

Algunas especies de aves marinas pueden sumergirse a grandes profundidades con una velocidad inicial muy alta. Algunas especies de aves se zambullen desde una altura y se sumergen en el agua sin hacerse daño. Una persona, si se sumerge en agua a la misma velocidad, recibiría daños muy graves en los órganos internos y, con alta probabilidad, moriría. Pero las aves pueden soportar fácilmente una inmersión rápida en profundidad. Esto es diferente, por ejemplo, alcatraces. Los urogallos son aves grandes que flotan libremente sobre el océano y los peces y calamares, que se sumergen en el agua desde una altura de 10-100 ma una profundidad de 25 m. La longitud del cuerpo de los adultos del género Sula es de 71-91 cm, la envergadura es de hasta 1.5 m , peso 0.7-1.5 kg. Al bucear, pueden alcanzar velocidades en la superficie del agua de hasta 140 km / h.

¿Cómo son capaces estas aves de esto? Los gannets tienen varios mecanismos de protección del aparato auditivo y visual y de todo el cuerpo. Un estudio recientemente realizado por un equipo de científicos del Instituto Politécnico de la Virgen aclaró la situación. Los resultados fueron publicados en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

“Nos interesó lo que les sucede a las aves cuando están sumergidas en el agua. Los maniquíes mostraron un resultado increíble ", dice Sunny Jung, uno de los miembros del equipo de investigación. Los investigadores en el curso de su trabajo estudiaron la biomecánica de los alcatraces durante el buceo. Descubrieron que la forma de la cabeza del pájaro, la longitud del cuello y las características musculares del cuello resisten efectivamente la resistencia inicial y aumentan la presión de la columna de agua con profundidad, evitando los efectos negativos de la alta presión sobre el cuello delgado y todo el cuerpo del ave. La fuerza principal que actúa sobre la cabeza del ave al comienzo de una inmersión es la resistencia. Sus alcatraces aprendieron a vencer sin problemas.

Estudios anteriores se han centrado en los aspectos ambientales de los instintos depredadores de alcatraces. Jang y sus colegas decidieron estudiar el mecanismo de inmersión de alcatraces en agua. Un grupo de científicos fue el primero en descubrir muchos detalles de la física de la inmersión, incluidas las características estructurales del cuerpo, que permiten que los alcatraces se sientan bien a grandes profundidades. Los científicos han creado un modelo del cuerpo y el cuello (con músculos). Además, los expertos imprimieron en la impresora 3D copias de los cráneos gannetwha. Las copias se crearon sobre la base de cráneos reales proporcionados por la Institución Smithsonian.

Gracias a la "impresión", los científicos pudieron medir las fuerzas que actúan sobre la cabeza y el cuello del ave durante una inmersión. Para explorar aún más las posibilidades de los mejores, los científicos han creado un modelo 3D de la cabeza y el cuello de un bobo. Se decidió simplificar el modelo, complicándolo gradualmente durante el trabajo. La cabeza se puso sobre un "cuello" de goma flexible. Todo el sistema se sumergió varias veces en agua, experimentando el proceso de buceo de piqueros. La "cabeza" y el "cuello" se sumergieron a diferentes profundidades en diferentes ángulos. El cuello artificial estaba cubierto con diferentes materiales con diferentes propiedades. El proceso de inmersión se filmó en una cámara de alta velocidad, lo que ayudó a establecer la verdad.



“Esto es exactamente lo que hemos hecho. Encontramos un sistema complejo y decidimos simplificarlo ”, dice Brian Chang de la Universidad de Wansington. El resultado del análisis mostró que, dependiendo de la geometría de la cabeza, una fuerte presión sobre ella puede tener casi ningún efecto, pero también puede dañar seriamente la salud del ave. Los científicos también estudiaron la fuerza del cuello, que puede soportar enormes cargas.

“Descubrimos que para todos los alcatraces, la cabeza se modificó de una manera especial, que es característica de otras aves de la familia. Esto reduce el efecto de la columna de agua en el cráneo. Al final resultó que, la razón también radica en el hecho de que los alcatraces antes de bucear reducen en gran medida los músculos del cuello, lo que no conduce a la muerte de estas aves. Al contraer los músculos del cuello, los alcatraces reducen el efecto de la resistencia al agua en el cuerpo.

La biomecánica permitió a los científicos crear modelos de esqueletos no solo de los bobos, que se analizan en este artículo. "En nuestro estudio, nos enfocamos en los piqueros y cormoranes, que muestran ficción real cuando se trata de cazar con el buceo". Resultó que la forma de la cabeza, las propiedades del material del cuello y la velocidad de entrada al agua son de gran importancia para superar la resistencia al agua. Al bucear, el cuerpo de un alcatraz toma una forma alargada, el pájaro entra al agua, como una flecha lanzada desde un arco.



El cuerpo de alcatraces es ideal para el buceo de alta velocidad. Es interesante que otros miembros de la familia no tengan la capacidad de sumergirse en el agua, separarse de una altura y bucear.

Desafortunadamente, una persona no tiene la oportunidad de defenderse cuando se sumerge a una profundidad en cuestión de minutos, como lo hacen las aves. Pero a muchas personas les gusta bucear desde arriba. Hoy en día, deportes tan extremos como bucear con agua desde grandes alturas, desde puentes, acantilados y otros objetos altos se están volviendo cada vez más populares. Los resultados del estudio , obtenidos por científicos, ayudarán a desarrollar recomendaciones para personas extremas, evitando daños al ingresar a la columna de agua.

"Creemos que nuestros hallazgos pueden ser utilizados por verdaderos buzos ", dicen los científicos.

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