La physique dans le monde animal: les oiseaux plongeurs et leur système de sécurité

Certaines espèces d'oiseaux de mer sont capables de plonger à de grandes profondeurs avec une vitesse initiale très élevée. Certaines espèces d'oiseaux plongent d'une hauteur, plongeant dans l'eau sans se nuire. Une personne, si elle était immergée dans l'eau à la même vitesse, subirait de très graves dommages aux organes internes et, avec une forte probabilité, mourrait. Mais les oiseaux peuvent facilement supporter une immersion rapide en profondeur. C'est différent, par exemple, les fous de Bassan. Les tétras sont de grands oiseaux qui planent librement au-dessus de l'océan et des poissons et des calmars, plongeant dans l'eau d'une hauteur de 10-100 m à une profondeur de 25 m. La longueur du corps des adultes du genre Sula est de 71-91 cm, l'envergure peut atteindre 1,5 m , poids 0,7-1,5 kg. En plongée, ils peuvent atteindre des vitesses à la surface de l'eau jusqu'à 140 km / h.

Comment ces oiseaux en sont-ils capables? Les fous de Bassan ont plusieurs mécanismes de protection de l'appareil auditif et visuel et de tout le corps. Une étude récemment achevée par une équipe de scientifiques du Virgin Polytechnic Institute a clarifié la situation. Les résultats ont été publiés dans les Actes de l'Académie nationale des sciences .

«Nous étions intéressés par ce qui arrive aux oiseaux lorsqu'ils sont immergés dans l'eau. Les mannequins ont montré un résultat incroyable », explique Sunny Jung, l'un des membres de l'équipe de recherche. Les chercheurs au cours de leurs travaux ont étudié la biomécanique des fous de Bassan en plongée. Ils ont constaté que la forme de la tête de l'oiseau, la longueur du cou et les caractéristiques musculaires du cou résistent efficacement à la résistance initiale et à l'augmentation de la pression de la colonne d'eau avec la profondeur, empêchant les effets négatifs de la haute pression sur le cou mince et le corps entier de l'oiseau. La force principale agissant sur la tête de l'oiseau au début d'une plongée est la résistance. Ses fous de Bassan ont appris à surmonter sans problème.

Des études antérieures se sont concentrées sur les aspects environnementaux des instincts prédateurs du fou de Bassan. Jang et ses collègues ont décidé d'étudier le mécanisme d'immersion des fous de Bassan dans l'eau. Un groupe de scientifiques a été le premier à découvrir de nombreux détails de la physique de l'immersion, y compris les caractéristiques structurelles du corps, qui permettent aux fous de Bass de se sentir bien à grande profondeur. Les scientifiques ont créé un modèle du corps et du cou (avec des muscles). En outre, des experts ont imprimé sur des copies d'imprimante 3D de crânes de gannetwha. Des copies ont été créées sur la base de vrais crânes fournis par la Smithsonian Institution.

Grâce à l '"impression", les scientifiques ont pu mesurer les forces qui agissent sur la tête et le cou de l'oiseau lors d'une plongée. Pour explorer davantage les possibilités des meilleurs, les scientifiques ont créé un modèle 3D de la tête et du cou d'un fou. Il a été décidé de simplifier le modèle, le compliquant progressivement au cours des travaux. La tête était posée sur un «cou» caoutchouté flexible. L'ensemble du système a ensuite été plusieurs fois immergé dans l'eau, subissant le processus de plongée des fous. La "tête" et le "cou" ont été immergés à différentes profondeurs sous différents angles. Le col artificiel était recouvert de différents matériaux aux propriétés différentes. Le processus d'immersion a été filmé sur une caméra à grande vitesse, ce qui a aidé à établir la vérité.



«C'est exactement ce que nous avons fait. Nous avons trouvé un système complexe et avons décidé de le simplifier », explique Brian Chang de l'Université de Wansington. Le résultat de l'analyse a montré que, selon la géométrie de la tête, une forte pression sur celle-ci peut n'avoir presque aucun effet, mais peut également nuire gravement à la santé de l'oiseau. Les scientifiques ont également étudié la résistance du cou, qui peut supporter d'énormes charges.

«Nous avons constaté que pour tous les fous de Bassan, la tête a été modifiée d'une manière spéciale, ce qui est caractéristique des autres oiseaux de la famille. Cela réduit l'effet de la colonne d'eau sur le crâne. Il s'est avéré que la raison réside également dans le fait que les fous de Bassan avant la plongée réduisent considérablement les muscles du cou, ce qui ne conduit pas à la mort de ces oiseaux. En contractant les muscles du cou, les fous de Bassan réduisent l'effet de la résistance à l'eau sur le corps.

La biomécanique a permis aux scientifiques de créer des modèles de squelettes non seulement des fous, qui sont discutés dans cet article. "Dans notre étude, nous nous sommes concentrés sur les fous et les cormorans, qui montrent une vraie fiction quand il s'agit de chasser avec plongée." Il s'est avéré que la forme de la tête, les propriétés du matériau du cou et le taux d'entrée dans l'eau sont d'une grande importance pour surmonter la résistance à l'eau. En plongée, le corps d'un fou de bassan prend une forme allongée, l'oiseau pénètre dans l'eau, comme une flèche libérée d'un arc.



Le corps de fous de Bassan est idéal pour la plongée à grande vitesse. Il est intéressant de noter que d'autres membres de la famille n'ont pas la capacité de plonger dans l'eau, se séparant d'une hauteur et plongeant.

Malheureusement, une personne n'a pas la possibilité de se défendre lors d'une plongée en profondeur en quelques minutes, comme le font les oiseaux. Mais beaucoup de gens aiment plonger d'en haut. De nos jours, des sports extrêmes tels que la plongée avec de l'eau de grandes hauteurs - des ponts, des falaises et d'autres objets hauts deviennent de plus en plus populaires. Les résultats de l'étude , obtenus par des scientifiques, aideront à élaborer des recommandations pour les personnes extrêmes, en évitant les dommages lors de l'entrée dans la colonne d'eau.

"Nous pensons que nos découvertes peuvent être utilisées par de vrais plongeurs ", disent les scientifiques.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398089/