Física no mundo animal: aves de mergulho e seu sistema de segurança

Algumas espécies de aves marinhas são capazes de mergulhar em grandes profundidades com uma velocidade inicial muito alta. Algumas espécies de pássaros mergulham da altura, mergulhando na água sem prejudicar a si mesmas. Uma pessoa, se imersa em água na mesma velocidade, receberia danos muito graves aos órgãos internos e, com alta probabilidade, morreria. Mas os pássaros podem suportar facilmente uma imersão rápida em profundidade. Isso é diferente, por exemplo, gansos. O galo silvestre é um pássaro grande que paira livremente sobre o oceano, pesca e lula, mergulhando na água de 10 a 100 m de profundidade e 25 m de comprimento.O corpo de adultos do gênero Sula é de 71 a 91 cm, a envergadura de até 1,5 m , peso 0,7-1,5 kg. Ao mergulhar, eles podem atingir velocidades na superfície da água até 140 km / h.

Como esses pássaros são capazes disso? Os gannets possuem vários mecanismos de proteção do aparelho auditivo e visual e de todo o corpo. Um estudo recentemente concluído por uma equipe de cientistas do Instituto Politécnico da Virgin esclareceu a situação. Os resultados foram publicados em Proceedings of the National Academy of Sciences .

“Estávamos interessados ​​no que acontece com os pássaros quando imersos na água. Os manequins mostraram um resultado incrível ”, diz Sunny Jung, um dos membros da equipe de pesquisa. Pesquisadores durante o trabalho estudaram a biomecânica dos gansos durante o mergulho. Eles descobriram que o formato da cabeça do pássaro, o comprimento do pescoço e as características musculares do pescoço resistem efetivamente à resistência inicial e ao aumento da pressão da coluna de água com profundidade, impedindo os efeitos negativos da alta pressão no pescoço fino e no corpo inteiro do pássaro. A principal força que atua na cabeça do pássaro no início de um mergulho é a resistência. Seus gannets aprenderam a superar sem problemas.

Estudos anteriores se concentraram nos aspectos ambientais dos instintos predadores de albatrozes. Jang e colegas decidiram estudar o mecanismo de imersão de gansos na água. Um grupo de cientistas foi o primeiro a descobrir muitos detalhes da física da imersão, incluindo características estruturais do corpo, que permitem aos gansos sentir-se bem em grandes profundidades. Os cientistas criaram um modelo do corpo e pescoço (com músculos). Além disso, especialistas imprimiram em cópias de impressoras 3D de gannetwha skulls. Cópias foram criadas com base em crânios reais fornecidos pelo Smithsonian Institution.

Graças à "impressão", os cientistas foram capazes de medir as forças que atuam na cabeça e no pescoço do pássaro durante um mergulho. Para explorar ainda mais as possibilidades dos melhores, os cientistas criaram um modelo 3D da cabeça e do pescoço de um peito. Decidiu-se simplificar o modelo, complicando-o gradualmente durante o trabalho. A cabeça foi colocada em um “pescoço” emborrachado flexível. Todo o sistema foi imerso em água várias vezes, experimentando o processo de peitos de mergulho. A "cabeça" e o "pescoço" foram imersos em diferentes profundidades em diferentes ângulos. O pescoço artificial foi coberto com diferentes materiais com diferentes propriedades. O processo de imersão foi filmado em uma câmera de alta velocidade, o que ajudou a estabelecer a verdade.



“Foi exatamente isso que fizemos. Encontramos um sistema complexo e decidimos simplificá-lo ”, diz Brian Chang, da Universidade de Wansington. O resultado da análise mostrou que, dependendo da geometria da cabeça, uma forte pressão nela pode ter quase nenhum efeito, mas também pode prejudicar seriamente a saúde do pássaro. Os cientistas também estudaram a força do pescoço, que pode suportar cargas enormes.

“Descobrimos que, para todos os gansos, a cabeça foi modificada de uma maneira especial, característica de outras aves da família. Isso reduz o efeito da coluna de água no crânio. Como se viu, o motivo também está no fato de os gansos antes de mergulhar reduzirem muito os músculos do pescoço, o que não leva à morte dessas aves. Ao contrair os músculos do pescoço, os gansos reduzem o efeito da resistência à água no corpo.

A biomecânica permitiu que os cientistas criassem modelos de esqueletos não apenas dos peitos, que são discutidos neste artigo. "Em nosso estudo, focamos em peitos e corvos-marinhos, que mostram ficção real quando se trata de caçar com mergulho". Descobriu-se que o formato da cabeça, as propriedades do material do pescoço e a taxa de entrada na água são de grande importância para superar a resistência à água. Ao mergulhar, o corpo de um albatroz assume uma forma alongada, o pássaro entra na água, como uma flecha solta de um arco.



O corpo dos gansos é ideal para mergulho em alta velocidade. É interessante que outros membros da família não tenham capacidade de mergulhar na água, parando de uma altura e mergulhando.

Infelizmente, uma pessoa não tem a oportunidade de se defender ao mergulhar em profundidade em questão de minutos, como os pássaros. Mas muitas pessoas gostam de mergulhar de cima. Atualmente, esportes radicais como mergulhar com água de grandes alturas - de pontes, falésias e outros objetos altos estão se tornando cada vez mais populares. Os resultados do estudo , obtidos por cientistas, ajudarão a desenvolver recomendações para pessoas extremas, evitando danos ao entrar na coluna d'água.

"Acreditamos que nossas descobertas podem ser usadas por mergulhadores reais " , dizem os cientistas.

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