Wiadomo, jak nurkują, by nie doznać urazu

[KopalniaWiedzy.pl 357]

By zaskoczyć swoją ofiarę, ptaki morskie nurkują z dużą prędkością, która niekiedy sięga nawet 80 km/h. Przy takich szybkościach ludzie doznaliby poważnych urazów, mimo długich szyj ptaki nie mają jednak takiego problemu. Ostatnio naukowcy z Virginia Tech ustalili, jak im się to udaje.

Interesowaliśmy się, co się dzieje, gdy obiekt nurkuje do wody, szukaliśmy więc przykładów w naturze. Głuptaki są [w tej dziedzinie] niesamowite - opowiada prof. Sunny Jung.

Wcześniejsze badania nurkujących ptaków koncentrowały się na ekologicznych aspektach polowania. Praca Junga to pierwsze badania poświęcone fizyce i bioinżynierii tego zachowania.

Kształt ciała i muskulaturę szyi przeanalizowano dzięki ocalonym głuptakom, dostarczonym przez Muzeum Nauk Naturalnych Karoliny Północnej. Amerykanie stworzyli także drukowane w 3D repliki czaszek głuptaków z kolekcji Instytutu Smithsona. W ten sposób mogli zmierzyć siły działające na czaszkę podczas wchodzenia w wodę.

Podstawową siłą działającą na głowę nurkującego głuptaka jest opór aero(hydro)dynamiczny, który rośnie z prędkością. By przeanalizować inne parametry wpływające na działające na ptaka siły, naukowcy stworzyli uproszczony model. Na giętkiej gumowej szyi umieścili wydrukowany w 3D stożek. Przeprowadzili testowe nurkowania, manipulując kątem natarcia stożka, długością szyi i prędkością zderzenia. Nagrania pozwoliły stwierdzić, czy doszło do odkształcenia szyi.

Analizy wykazały, że na przejście od stabilności do odkształcenia oddziałuje geometria głowy, materiałowe właściwości szyi, a także prędkość zderzenia. Przy typowych szybkościach nurkowania głuptaków wąski, spiczasty dziób i długa szyja utrzymują opór aero(hydro)dynamiczny w bezpiecznym zakresie.

Odkryliśmy, że głuptak ma pewien kształt głowy, który w porównaniu do innych ptaków z tej samej rodziny, zmniejsza opór aero(hydro)dynamiczny - podkreśla Jung.

Amerykanie zauważyli także, że ptaki dodatkowo zmniejszają ryzyko odkształcenia, kurcząc mięśnie przed zderzeniem. W ten sposób prostują mającą zwykle kształt litery S szyję.

Autorzy publikacji z pisma Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) rozszerzają swoje badania na inne gatunki.

Zespół uważa, że uzyskane wyniki pozwolą sformułować lepsze zalecenia dla nurkujących ludzi. Głuptaki mają spiczaste dzioby i smukłe szyje, zaś u ludzi stopy tworzą płaską powierzchnię, która zwiększa siłę zderzenia z wodą. Może ona być na tyle duża, by złamać kości i uszkodzić narządy wewnętrzne. Ponieważ sporty takie jak skoki z klifów czy mostów stają się coraz popularniejsze, badania biomechaniki cieczy powinny pozwolić ustalić maksymalną bezpieczną wysokość oraz poprawić zalecenia odnośnie do pozycji minimalizujących ryzyko urazu.

« powrót do artykułu