动物界中的物理学：潜水鸟及其安全系统

某些海鸟能够以很高的初始速度潜入深处。有些鸟类会从高处跳下，掉入水中而不会伤害自己。如果一个人以相同的速度浸入水中，将会对内部器官造成非常严重的伤害，并且极有可能死亡。但是鸟类很容易忍受快速的深度浸入。这是不同的，例如塘鹅。松鸡是可以自由so翔于海洋，鱼类和鱿鱼上方的大型鸟类，从10-100 m的高度潜入水中，深度为25 m。苏拉属的成虫的体长为71-91 cm，翼展可达1.5 m ，重量为0.7-1.5公斤。潜水时，它们可以达到水面的速度，最高可达140 km / h。

这些鸟如何做到这一点？塘鹅对听觉和视觉装置以及整个身体都有几种保护机制。维珍理工学院的一组科学家最近完成的一项研究澄清了这种情况。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们对将鸟浸入水中后会发生什么感兴趣。研究小组成员之一Sunny Jung表示，假人显示了令人难以置信的结果。研究人员在工作过程中研究了塘鹅在潜水过程中的生物力学。他们发现鸟类的头部形状，颈部长度和颈部肌肉特征有效抵抗初始阻力并随着深度增加水柱的压力，从而防止了高压对鸟类瘦脖子和整个身体的负面影响。潜水开始时作用在鸟头上的主要力量是抵抗力。他的塘鹅学会了克服困难的方法。

先前的研究集中在塘鹅掠食性本能的环境方面。 Jang及其同事决定研究塘鹅浸入水中的机理。一组科学家是第一个发现浸入物理原理的细节，包括人体的结构特征，这些特征使塘鹅在深处感觉很好。科学家已经创建了人体和颈部（带有肌肉）的模型。此外，专家还用3D打印机打印了Gannetwha头骨的副本。副本是根据史密森学会提供的真实头骨制作的。

多亏了“打印输出”，科学家们才能够测量在潜水过程中作用在鸟头和脖子上的力。为了进一步探索最好的可能性，科学家创建了一个诱杀装置的头部和颈部的3D模型。决定简化模型，并在工作中逐步使其复杂化。头放在柔软的橡胶“脖子”上。然后将整个系统浸入水中数次，经历潜水bo鸟的过程。将“头部”和“颈部”以不同的角度浸入不同的深度。人造脖子上覆盖着具有不同特性的不同材料。浸没过程在高速相机上拍摄，这有助于确定真相。



“这正是我们所做的。我们发现了一个复杂的系统，并决定简化它，”来自温辛顿大学的Brian Chang说。分析结果表明，取决于头部的几何形状，对其施加强力几乎没有作用，但也会严重损害鸟类的健康。科学家还研究了可以承受巨大负荷的颈部强度。

“我们发现，对于所有塘鹅，其头部均以特殊方式进行了修改，这是该家族其他鸟类所特有的。这减少了水柱对颅骨的影响。事实证明，原因还在于潜水之前的塘鹅极大地降低了颈部的肌肉，这不会导致这些鸟类死亡。通过收缩颈部肌肉，塘鹅减少了水对身体的抵抗力。

生物力学使科学家能够创建不仅是笨蛋的骨骼的模型，本文还将对此进行讨论。 “在我们的研究中，我们专注于笨蛋和cor，它们在潜水狩猎方面表现出真实的虚构性。”事实证明，头部的形状，颈部材料的特性以及入水率对于克服耐水性至关重要。潜水时，塘鹅的身体呈细长形，鸟儿像弓箭上的箭一样进入水中。



塘鹅的身体非常适合高速潜水。有趣的是，这个家庭的其他成员没有能力跳入水中，从高处摔下来潜水。

不幸的是，一个人在几分钟之内无法像鸟类一样深深地防御自己。但是许多人喜欢从上面潜水。如今，诸如从高处跳水-从桥梁，悬崖和其他高空物体潜水-这样的极限运动正变得越来越流行。科学家获得的研究结果将有助于为极端人群制定建议，避免进入水柱时造成损害。科学家说：

“我们相信我们的发现可以被真正的高级潜水员使用。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398089/