A semleges felhajtóerő optimális a vízszintesen úszó tömítések szállítási költségeinek minimalizálása érdekében

Tárgyak

Absztrakt

A repülő és a szárazföldi állatoknak energiát kell fordítaniuk a mozgásra, miközben támogatják súlyukat a gravitációval szemben. Másrészről a víziállatok a felhajtóerő támogatásával képesek minimalizálni a testtömegük fenntartásához szükséges energiaköltségeket, és a semleges felhajtóerő előnyösnek tekinthető a vízi állatok számára. Egyes tanulmányok azonban azt sugallják, hogy a vízi állatok nem semleges felhajtóerőt használhatnak a sikláshoz, és ezáltal megtakaríthatják a mozgás energiaköltségeit. Leválasztható súlyok és úszók segítségével manipuláltuk a fókák testsűrűségét, és állati eredetű felvevők segítségével összehasonlítottuk természetes körülmények között a vízszintesen úszó fókák löketfeszítéseit. Az eredmények azt mutatták, hogy a fókáknak kisebb ütési erőfeszítéseik voltak az adott sebesség megúszására, amikor közelebb voltak a semleges felhajtóerőhöz. Arra a következtetésre jutunk, hogy a semleges felhajtóerő valószínűleg a legjobb testsűrűség ahhoz, hogy minimalizálja a fókákkal végzett vízszintes úszás költségeit.

Bevezetés

A vándorló állatok számára fontos a két távoli pont (pl. Tenyésztési és táplálkozási helyek) közötti hatékony mozgás. Egy nemrégiben megjelent cikk szerint a negatívan úszó vízi állatok (cápák és úszólábúak) néha függőleges hullámokat fogadtak el váltakozó siklással és motoros mozgással, és arra a következtetésre jutottak, hogy a hullámzó mozgások csökkentik a mechanikai költségeket a folyamatos úszáshoz képest 1. Első pillantásra a jelentett járási mintázat a madarak hullámzó repülésére hasonlít, ami csökkentheti a 2. vízszintes repülés mechanikai költségeit. A tanulmány azonban nem különböztette meg a vízi állatoknál megfigyelt két különböző siklási mechanizmust .

A vízi búvároknál a stroke és siklás úszás és az elhúzódó siklás, majd az aktív úszás 3,4,5,6,7,8,9 magában foglalja a passzív mozgás periódusait. Az utóbbi esetben azonban a nettó felhajtóerő kiegyenlítődik a hidrodinamikai ellenállással és az úszási sebességgel, ezáltal a merülés siklási fázisa során konvergál a végsebességhez (potenciális energiát fogyasztanak az ellenállás elleni munkához). Ezzel szemben az ütés és siklás járását különböző fizikai mechanizmusok szabályozzák: az állat kinyújtja a kinetikus energiát, és siklás közben elveszíti a mozgási energiát, amely nem igényel semmiféle változást a potenciális energiában. Így az úszási sebesség időszakosan ingadozik. Attól függően, hogy a mozgás milyen szöget zár be az ütés-siklás úszás közben, mind a mozgási, mind a potenciális energia megváltozhat egy siklás során. Megfelelő körülmények között a rövid, időszakos, szakaszos simogatás (simogatás és siklás) hozzájárulhat a repülő és úszó állatok energiamegtakarításához 2,10,11 .

Elméleti tanulmány először az energiamegtakarítás lehetőségét vetette fel negatív úszó halakban, hosszan tartó siklással, fokozatos mélységnövekedéssel, majd aktívan felfelé úszva az eredeti mélységig 12. Gleiss és mtsai. (2011) arról beszélt, hogy a gravitációból és a magasságból származó potenciális energia csúszás útján vízszintes távolságra alakul át, amelyről úgy gondolják, hogy energiatakarékosságot eredményez a folyamatos szintű tranzithoz képest 1. Hosszan tartó siklás esetén ez igaz a negatív felhajtóerő által elősegített ereszkedési irányba, de az ellentétes irányban természetesen nagyobbak a költségek 13. Nem világos, hogy a hosszú ideig tartó csúszás és az azt követő aktív felfelé úszás mintái mechanikus megtakarítást eredményeznek-e a vízszintes áthaladáshoz 14 .

Gleiss és mtsai. (2011) megállapította, hogy az u alakú merülések alsó fázisában hullámzó mozgás során az elefántfóka csökkent úszási erőfeszítései vannak (cikkükben a 3e. Ábra), és a megtakarítást a feltételezett nagyobb negatív felhajtóerőnek tulajdonította 1. Ennek a következtetésnek a teszteléséhez azonban szükség van az úszási erőfeszítések összehasonlítására a test sűrűségében ismert körülmények között. Három északi elefántfókával két terepi kísérlet során nyert adatokat használtunk fel Mirounga angustirostris és egy Bajkál-pecsét Phoca sibirica amelynek során a test sűrűségét leszerelhető súlyok és úszók manipulálták 8,15. Minden egyes tömítéshez pontosan megismételhettük 1 elemzésüket, nagy biztonsággal, különféle körülmények között a tömítés testsűrűségével kapcsolatban. Jelen tanulmányban értékelem a testsűrűség hatását a fókák ütési erőfeszítéseire, és megvizsgáljuk, hogy mi lehet az optimális testsűrűség a vízszintes úszás alatti szállítás költségeinek minimalizálása érdekében.

Két példa az északi elefántfóka szaggatott ütésére (az 1. táblázat 4. sz.) Súlyozott és súlyozatlan körülmények között.

Az adatokat egy terepi kísérletben rögzítettük Ano Nuevo közelében, Kalifornia, USA 15 .