Fisika di dunia binatang: menyelam burung dan sistem keselamatan mereka

Beberapa spesies burung laut dapat menyelam hingga sangat dalam dengan kecepatan awal yang sangat tinggi. Beberapa spesies burung menyelam dari ketinggian, terjun ke dalam air tanpa membahayakan diri mereka sendiri. Seseorang, jika direndam dalam air dengan kecepatan yang sama, akan menerima kerusakan yang sangat serius pada organ dalam dan, dengan probabilitas tinggi, akan mati. Tetapi burung dapat dengan mudah menanggung perendaman yang cepat di kedalaman. Ini berbeda, misalnya, gannet. Belibis adalah burung besar yang bebas melayang di atas lautan dan ikan dan cumi-cumi, menyelam ke dalam air dari ketinggian 10-100 m hingga kedalaman 25 m. Panjang tubuh orang dewasa dari genus Sula adalah 71-91 cm, lebar sayap hingga 1,5 m , berat 0,7-1,5 kg. Saat menyelam, mereka dapat mencapai kecepatan di permukaan air hingga 140 km / jam.

Bagaimana burung-burung ini mampu melakukan ini? Gannet memiliki beberapa mekanisme perlindungan dari alat pendengaran dan visual dan seluruh tubuh. Sebuah studi yang baru saja diselesaikan oleh tim ilmuwan di Virgin Polytechnic Institute mengklarifikasi situasi. Hasilnya diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences .

“Kami tertarik dengan apa yang terjadi pada burung-burung ketika mereka tenggelam dalam air. Dummies menunjukkan hasil yang luar biasa, ”kata Sunny Jung, salah satu anggota tim peneliti. Para peneliti dalam perjalanan pekerjaan mereka mempelajari biomekanik gannet selama menyelam. Mereka menemukan bahwa bentuk kepala burung, panjang leher, dan fitur otot leher secara efektif menahan resistensi awal dan meningkatkan tekanan kolom air dengan kedalaman, mencegah efek negatif dari tekanan tinggi pada leher tipis dan seluruh tubuh burung. Kekuatan utama yang bekerja pada kepala burung pada awal penyelaman adalah resistensi. Gannetnya belajar mengatasi tanpa masalah.

Studi sebelumnya telah berfokus pada aspek lingkungan dari insting predator gannet. Jang dan rekan memutuskan untuk mempelajari mekanisme perendaman gannet dalam air. Sekelompok ilmuwan adalah orang pertama yang menemukan banyak detail fisika perendaman, termasuk fitur struktural tubuh, yang memungkinkan gannet terasa luar biasa. Para ilmuwan telah menciptakan model tubuh dan leher (dengan otot). Juga, para ahli mencetak salinan printer 3D tengkorak gannetwha. Salinan dibuat berdasarkan tengkorak asli yang disediakan oleh Smithsonian Institution.

Berkat "cetakan", para ilmuwan dapat mengukur kekuatan yang bekerja pada kepala dan leher burung selama menyelam. Untuk lebih mengeksplorasi kemungkinan-kemungkinan yang terbaik, para ilmuwan telah menciptakan model 3D kepala dan leher seekor booby. Diputuskan untuk membuat model disederhanakan, secara bertahap menyulitkannya selama bekerja. Kepala itu mengenakan "leher" karet fleksibel. Seluruh sistem kemudian beberapa kali dicelupkan ke dalam air, mengalami proses menyelam boobies. "Kepala" dan "leher" terbenam pada kedalaman yang berbeda pada sudut yang berbeda. Leher buatan ditutupi dengan bahan yang berbeda dengan sifat yang berbeda. Proses pencelupan difilmkan pada kamera berkecepatan tinggi, yang membantu mengungkap kebenaran.



“Inilah yang telah kami lakukan. Kami menemukan sistem yang kompleks dan memutuskan untuk menyederhanakannya, ”kata Brian Chang dari Wansington University. Hasil analisis menunjukkan bahwa, tergantung pada geometri kepala, tekanan kuat padanya hampir tidak berpengaruh, tetapi juga dapat merusak kesehatan burung. Para ilmuwan juga mempelajari kekuatan leher, yang dapat menahan beban yang sangat besar.

“Kami menemukan bahwa untuk semua gannet, kepalanya dimodifikasi dengan cara khusus, yang merupakan karakteristik dari burung-burung lain dalam keluarga. Ini mengurangi efek kolom air pada tengkorak. Ternyata, alasannya juga terletak pada kenyataan bahwa gannet sebelum menyelam sangat mengurangi otot leher, yang tidak menyebabkan kematian burung-burung ini. Dengan mengencangkan otot leher, gannet mengurangi efek resistensi air pada tubuh.

Biomekanik memungkinkan para ilmuwan untuk membuat model kerangka tidak hanya boobies, yang dibahas dalam artikel ini. "Dalam penelitian kami, kami fokus pada boobies dan cormorants, yang menunjukkan fiksi nyata dalam hal berburu dengan menyelam." Ternyata bentuk kepala, sifat-sifat bahan leher, dan laju pemasukan ke dalam air sangat penting untuk mengatasi resistensi air. Saat menyelam, tubuh gannet berbentuk memanjang, burung memasuki air, seperti anak panah yang dilepaskan dari busur.



Tubuh gannet sangat ideal untuk penyelaman berkecepatan tinggi. Sangat menarik bahwa anggota keluarga lainnya tidak memiliki kemampuan untuk menyelam ke dalam air, berhenti dari ketinggian dan menyelam.

Sayangnya, seseorang tidak memiliki kesempatan untuk membela diri ketika menyelam ke kedalaman dalam hitungan menit, seperti burung. Tetapi banyak orang suka menyelam dari atas. Saat ini, olahraga ekstrem seperti menyelam dengan air dari ketinggian - dari jembatan, tebing dan benda-benda tinggi lainnya menjadi semakin populer. Hasil penelitian , yang diperoleh oleh para ilmuwan, akan membantu mengembangkan rekomendasi untuk orang-orang ekstrem, menghindari kerusakan ketika memasuki kolom air.

"Kami percaya bahwa temuan kami dapat digunakan oleh penyelam nyata , " kata para ilmuwan.

Source: https://habr.com/ru/post/id398089/