企鵝物理學：了解企鵝水下轉彎動作的機制(Credit: Tokyo Tech) （神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（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，物理但卻是學解非常有天賦的游泳者。它們在水中令人難以置信的水下機動性幾十年來一直吸引著生物學家，對它們游泳的轉彎制首次流體動力學研究可以追溯到20世紀70年代。 雖然很少有研究闡明了企鵝靈巧背后的動作的機一些物理學原理，但大多數研究都集中在向前游而不是企鵝企鵝轉身。雖然有人可能會說，物理現有的學解關于飛鳥轉向機制的研究可能會對這一主題有所啟發，但水的水下密度是空氣的800倍，因此這些介質之間采用的轉彎制轉向機制可能非常不同。 為了彌合這一知識鴻溝，動作的機包括副教授田中裕人在內的企鵝企鵝來自東京工業大學(Tokyo Tech)的兩位日本科學家最近進行了一項研究。這項發表在《實驗生物學雜志》上的物理工作的主要目標是更好地了解使企鵝在水下轉向的三維(3D)運動學和流體動力。 在日本長崎企鵝水族館，學解研究人員使用十幾個或更多的水下攝像機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節。然后，由于一種稱為3D直接線性變換的技術，他們能夠整合所有鏡頭的數據，并通過跟蹤企鵝身體和翅膀上的各個點進行詳細的3D運動分析。 有了這些數據，研究人員隨后建立了企鵝的數學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動，相關的運動學參數和水動力，以及各種轉彎度量。通過統計分析和與實驗數據的比較，研究人員驗證了該模型，并深入了解了翅膀和其他身體運動在轉彎過程中的作用。 這項研究的主要發現與企鵝如何產生向心力來幫助他們轉彎有關。他們實現這一點，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。在動力轉彎中——企鵝拍打翅膀的動作——大部分方向的改變發生在上行過程中，而向前的推力發生在下行過程中。此外，事實證明，企鵝在動力轉向時會以一定的不對稱性拍打翅膀。 “我們發現對側翅膀運動的差異；Assoc解釋說:“在上行過程中，轉彎內側的機翼比另一側更高。田中教授，“機翼力的準穩態計算證實，機翼運動的這種不對稱與向外傾斜有助于在向上劃水時產生向心力。在接下來的下行沖程中，內側機翼產生推力和反偏航扭矩來制動轉彎。” 總的來說，這些發現有助于更好地理解企鵝游泳時如何轉身，這從生物學和工程學的角度來看都是相關的。然而，Assoc。田中教授評論說，這些發現只是揭開了謎題的一部分:“企鵝其他各種動作的機制，如快速加速、上下顛簸和跳出水面，仍然是未知的。我們的研究為進一步理解更復雜的機動打下了基礎。”
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