企鵝物理學(xué)：了解企鵝水下轉(zhuǎn)彎動作的機(jī)制
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企鵝物理學(xué)：了解企鵝水下轉(zhuǎn)彎動作的機(jī)制(Credit: Tokyo Tech)
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by Tokyo Institute of Technology）：企鵝是一個迷人的不會飛的鳥類家族，雖然在陸地上有些笨拙，物理但卻是學(xué)解成都武侯小姐姐包夜vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)非常有天賦的游泳者。它們在水中令人難以置信的水下機(jī)動性幾十年來一直吸引著生物學(xué)家，對它們游泳的轉(zhuǎn)彎制首次流體動力學(xué)研究可以追溯到20世紀(jì)70年代。
雖然很少有研究闡明了企鵝靈巧背后的動作的機(jī)一些物理學(xué)原理，但大多數(shù)研究都集中在向前游而不是企鵝企鵝轉(zhuǎn)身。雖然有人可能會說，物理現(xiàn)有的學(xué)解關(guān)于飛鳥轉(zhuǎn)向機(jī)制的研究可能會對這一主題有所啟發(fā)，但水的水下密度是空氣的800倍，因此這些介質(zhì)之間采用的轉(zhuǎn)彎制轉(zhuǎn)向機(jī)制可能非常不同。
為了彌合這一知識鴻溝，動作的機(jī)包括副教授田中裕人在內(nèi)的企鵝企鵝成都武侯小姐姐包夜vx《134-8006-5952》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)來自東京工業(yè)大學(xué)(Tokyo Tech)的兩位日本科學(xué)家最近進(jìn)行了一項研究。這項發(fā)表在《實驗生物學(xué)雜志》上的物理工作的主要目標(biāo)是更好地了解使企鵝在水下轉(zhuǎn)向的三維(3D)運(yùn)動學(xué)和流體動力。
在日本長崎企鵝水族館，學(xué)解研究人員使用十幾個或更多的水下攝像機(jī)記錄了巴布亞巴布亞巴布亞企鵝在一個大水箱中自由游泳的兩個環(huán)節(jié)。然后，由于一種稱為3D直接線性變換的技術(shù)，他們能夠整合所有鏡頭的數(shù)據(jù)，并通過跟蹤企鵝身體和翅膀上的各個點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的3D運(yùn)動分析。
有了這些數(shù)據(jù)，研究人員隨后建立了企鵝的數(shù)學(xué)3D身體模型。該模型涵蓋了身體的方向和角度，每次劃水時翅膀的不同位置和運(yùn)動，相關(guān)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)和水動力，以及各種轉(zhuǎn)彎度量。通過統(tǒng)計分析和與實驗數(shù)據(jù)的比較，研究人員驗證了該模型，并深入了解了翅膀和其他身體運(yùn)動在轉(zhuǎn)彎過程中的作用。
這項研究的主要發(fā)現(xiàn)與企鵝如何產(chǎn)生向心力來幫助他們轉(zhuǎn)彎有關(guān)。他們實現(xiàn)這一點(diǎn)，部分是通過保持向外傾斜，這意味著他們傾斜身體，使腹部向內(nèi)。在動力轉(zhuǎn)彎中——企鵝拍打翅膀的動作——大部分方向的改變發(fā)生在上行過程中，而向前的推力發(fā)生在下行過程中。此外，事實證明，企鵝在動力轉(zhuǎn)向時會以一定的不對稱性拍打翅膀。
“我們發(fā)現(xiàn)對側(cè)翅膀運(yùn)動的差異；Assoc解釋說:“在上行過程中，轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的機(jī)翼比另一側(cè)更高。田中教授，“機(jī)翼力的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)計算證實，機(jī)翼運(yùn)動的這種不對稱與向外傾斜有助于在向上劃水時產(chǎn)生向心力。在接下來的下行沖程中，內(nèi)側(cè)機(jī)翼產(chǎn)生推力和反偏航扭矩來制動轉(zhuǎn)彎。”
總的來說，這些發(fā)現(xiàn)有助于更好地理解企鵝游泳時如何轉(zhuǎn)身，這從生物學(xué)和工程學(xué)的角度來看都是相關(guān)的。然而，Assoc。田中教授評論說，這些發(fā)現(xiàn)只是揭開了謎題的一部分:“企鵝其他各種動作的機(jī)制，如快速加速、上下顛簸和跳出水面，仍然是未知的。我們的研究為進(jìn)一步理解更復(fù)雜的機(jī)動打下了基礎(chǔ)。”