4. Cele mai bune înotători și scafandri din lume.
Trebuie spus că efectul câmpului hidrodinamic delfinii deja în „copilăria timpurie“. Faptul că puii de delfin, mai ales în timpul hrănirii sale, plutind în apropierea uterului și instinctiv alege o poziție în raport cu corpul ei, în care rezistența la apă dintre cele mai mici. Fiind aproape de partea mamei, delfinonok economisește energie și plutește pasiv, dar la fel de repede ca și mama datorită câmpului de presiune creat de mișcarea sa rapidă.
Natura de milenii prin selecție naturală produce capacitatea delfinul de a prinde din urmă cu prada lor - pește rapid. Ca urmare, Delfinii au dobândit capacitatea de a se deplasa rapid pe suprafața apei, sub apă și se arunca cu capul rapid cufunda în adâncimi, și sări din apă la o înălțime mare, de multe ori egală cu lungimea corpului și chiar mai mare. În acest caz, delfinii pot face salturi în lungime, inclusiv spate. În timpul salt, ei pot face, de asemenea, un viraj în jurul axei corpului. Toate aceste caracteristici demonstra modul în care delfinii mișcare în largul mării, și în bazine artificiale.
Trebuie remarcat faptul că mișcarea de delfini în apă diferă mult mai dinamic, ceea ce înseamnă că pot ridica rapid viteză și chiar mai rapid pentru a frâna și opri. Un leagăn puternic al cozii - și delfinul înoată o distanță egală cu două sau trei lungimi ale corpului său. Mutarea cu media de viteza (20-25 km / h), delfinul lovi cu piciorul coada se oprește în mișcare, după ce a făcut „distanța de frânare“, lungime doar jumătate din lungimea corpului său. O astfel de frânare devine atât de puternică încât ar fi percepută de om ca un ciocan de apă. Înot delfin poate doar înainte, „inversă“ nu are.
Oamenii de știință au fost în căutarea unui răspuns la întrebările: cum, de ce și prin ce mijloace delfinii înota atât de repede?
Corpul principal al motorului este coada cetacee, partea din față, care - este comprimată lateral stem, iar partea din spate - lame coada orizontale dispuse. stem caudal efectuează în sus și în jos mișcare sub influența puternice mușchii trunchiului. În cazul în care tulpina se duce în jos, lame coada sunt rotite în sus, și vice-versa. Mișcarea de rotație a cozii atunci când înot delfin produce. Frecvența și amplitudinea baleiajelor coada și unghiurile de înclinare a vitezei lamei coada de navigație depinde. Paletele coada sunt încă de cotitură rol cârme. Dorsale fin servește ca stabilizator pasiv singură lamă, iar aripioarele pectorale pereche acționează în primul rând ca cârmele de adâncime. La perfecționarea mecanismului de motor și spune viteza și dinamica de mișcare a unui delfin in apa.
Admirație pentru mișcarea rapidă a delfin a fost una dintre primele impresii primite de om, atunci când observarea acestor animale. Cu toate acestea, oamenii de stiinta implicati in studiu de delfini incante la sfârșitul anilor 30-e ai secolului XX a dat cale de a dezorientare .... Faptul că profesorul engleză zoolog Dzheyms Gray, care a studiat circulația animalelor acvatice, ceea ce face calculele necesare, a declarat că delfinii nu trebuie să dezvolte această viteză, de fapt, ele se dezvolta. Având în vedere densitatea apei, care este de 800 de ori mai mare decât densitatea aerului, mărimea și greutatea delfinilor, cea mai mare viteză care, conform calculelor hidrodinamice pot dezvolta delfinii nu poate depăși 20 km / h. Conform calculelor lui Gray sa dovedit că, pentru a atinge viteza de 40-50 km / h, care delfinii sunt, de fapt, puterea mușchilor lor ar trebui să depășească de obicei de aproape 10 de ori! De fapt, raportul dintre puterea la unitatea de masa mușchilor în cetacee, inclusiv delfini, aproximativ la fel ca și în toate mamiferele, și nu pot fi schimbate într-un interval larg. În plus, în cazul în care mușchii au avut putere neobișnuită, sistemul respirator și cardiovascular al delfinilor nu ar fi în măsură să furnizeze mușchii care lucrează cu oxigen. Cu toate acestea, mușchii delfini care lucrează la „puterea maximă“ este suficient oxigen. Această discrepanță a cetaceelor oportunitate teoretice și reale numit paradoxul lui Gray.
Motivele pentru rata mare de delfini au început să caute pentru cercetătorii din diferite specialități. Interesant de lucru pe această temă a avut loc designer de rachete Max Kramer, un asociat al notoriu Werner von Braun, creatorul de rachete V-2 (V-2). La viteze mai mari de aer rezistă aflat în mișcare, aproape proporțional cu rezistența la apă. Rezistența la deplasare a corpului în orice mediu determinată de forma și viteza corpului. Un corp cu o suprafață netedă și forma raționalizate bună se confruntă cu cea mai mică rezistență, deoarece mediu (apă, aer) curge în jurul calm corp, fluxul continuu laminară. Pe de altă parte, atunci când săraci circularitate și rugozitatea suprafeței a corpului curge în jurul turbionul flux pe care le primește și defalcări confluență. O astfel de mișcare se numește un mediu turbulent (în latină înseamnă turbulente turbulente, dezordonat). Curgerea turbulentă cauzează semnificativ mai trageți de mișcare a corpului decât laminar.
Kramer a făcut modelul de metal, copiind exact forma și mărimea unui delfin. Suprafața model lustruit cu atenție. Dar, teste în modelul hidrodinamic al canalului arătat că acest model se confruntă normal la rezistența solidă a corpului, care este proporțională cu pătratul vitezei. Deci, secretul nu este în netezimea de suprafață, în orice caz, nu numai în acest sens.
Structura pielii delfinilor Studiul a demonstrat că are două straturi principale: un sistem flexibil exterior (epidermă) și situată dedesubtul elastice interioare (derm cu papile ridicat și grăsime corporală).
Kramer a asumat în mod corect mecanismul de „lucrarea“ a pielii unui delfin atunci când se mișcă în apă. Esența ei este că: stratul exterior al pielii coturile și înapoi sub arcuri presiunea apei în acele locații pentru care aceasta acționează presiune. Se pare că, în cazul în care apa curge în jurul formelor de delfini plutitoare o mișcare turbulentă porțiuni (vortex), există delfin piele flexes spre interior, absoarbe apa turbulenta porțiune retrasă formată ca și izolându-l de restul care curge corpul laminar animalului apa. Pe baza acestor reprezentări Kramer a dezvoltat un complex artificial de acoperire cu 3 straturi pentru torpile, construcția este similară cu pielea unui delfin. Testele au arătat că o astfel de acoperire semnificativ (cu 60%) reduce rezistența la apă a mișcării torpilei la viteză mare (70 km / h). Dar nici o îmbunătățire în continuare a acestui strat ar putea conduce la un efect mai semnificativ. Și dacă luăm în considerare costul mai ridicat al gazon artificial, devine clar că nu poate concura cu o piele delfin. Desigur, nu este doar structura pielii unui delfin. Motivul pentru înalte calități delfini hidrodinamice, de asemenea, constă în faptul că creierul lor cu perfecțiunea uimitoare guvernează pielea. Informații despre schimbările de presiune în una sau o altă zonă a pielii imediat raportate la creier de milioane de piele subțire receptori senzori, iar creierul trimite un nerv biotoki comenzi zonele relevante ale mușchilor pielii. Odată cu mișcarea rapidă a unui delfin pe corpul său merge val musculare, care, potrivit experților, reduce trageți.
Activitatea de oameni de stiinta de la Institutul de Evolutionary Morfologie și Ecologie, denumite după animale AN Severtsova URSS Academia de Științe a arătat că delfinul a păstrat organizarea funcțională a mamiferelor terestre complexe musculo-scheletice. Nu este un delfin accident de trafic de sărituri în apă de funcționare seamănă cu animale terestre. oscilații transversale ale corpului plutitor activ delfin apar într-un plan vertical, în contrast cu mișcările de înot pește care vânturile corpul său, în plan orizontal.
Anatomia unui delfin, în special, delfinul, arată că cele mai puternice mușchii cu motor sunt atașate la zonele ridicate ale mobilității corpului. Aceste site-uri se găsesc în caracteristicile cinematice și sunt situate, numărând de la vârful nasului (tribună), la distanțe de 0,3, 0,75 și 0,95 din corp. In jurul acestor zone, cum ar fi în jurul articulațiilor se rotesc porțiunile adiacente ale corpului unui delfin. S-a descoperit. Că primele două „balama“ sunt în cazul în care centura la nivelul membrelor situate la mamifere terestre. Apropo, din astfel de zone balene au supraviețuit lamei și a redus osul iliac.
Cinematica delfin mișcări ale corpului, astfel încât presiunea apei la cap la coadă este redus, ceea ce reduce gradul de turbulență și astfel reduce rezistența mediului apos.
Studiul activității pielii și mușchilor de-a lungul sistemului de propulsie de delfini continuă să oameni de știință din mai multe țări. Informațiile disponibile pe ziua de azi vorbesc despre cel mai înalt grad de adaptare la viața de delfini și de circulație a apei. În timpul delfini prelungite de evoluție a dobândit capacitatea de a regla pielea cu flux laminar de apă, pentru a preveni apariția unor zone turbulente în acest flux. delfin propulsive - eleronul și dorsală și aripioarele pectorale sunt auto-reglementate în timpul conducerii: ei hidroelasticitate reflexiv variază în funcție de viteza de navigare. Rezultatul acestora, aproape în sensul deplin al miraculosului, progresul evoluției a fost capacitatea de a înota delfini la o viteză mai mare decât cea calculată în conformitate cu formulele hidrodinamicii. Deci, acum este prea merită să vorbim despre un fel de paradox, deschis știință englez Gray acum 75 de ani. Paradoxul este posibil să se ia în considerare cu excepția faptului că însăși încercarea de știință de a utiliza legile hidrodinamicii pentru a explica proprietățile corpului, a evoluției transformat dintr-un sistem biologic de auto-reglementare complexe.
Toate cetacee înot bine, dar se arunca cu capul toate diferite. Dolphins, care se hrănesc în principal pe specii de pești pelagici (și anume peștii vii în stratul de suprafață a apei de mare), ușor să se scufunde, dar nu profund (25-35 m). Delfinii hrănire alimente bentonice, se arunca cu capul mult mai profund. De exemplu, delfinii bottlenose în scufundare Marea Neagră la o adâncime de 80-90 de metri, și delfinii special instruiți se poate scufunda la o adâncime de 170 de metri și chiar mai adânc. In timpul de rezidență vivo sub delfini de apă este de la 3-4 la 10-15 minute. Pentru comparație: mamiferele terestre nu sunt în stare să oprească respirația pentru mai mult de 1,5 minute. O persoană în stare de repaus poate întrerupe între respirații de cel mult 1.0-1.5 minute și doar scafandri profesioniști pot ține respirația timp de 2-3 minute, dar această limită.
Omul străin admite element de apă în profunzime de numai acele creaturi care sunt adaptate să-l. oameni neinstruiți, fără niciun tip de dispozitive sau de costum de scufundări se poate scufunda la o adâncime de nu mai mult de 10-15 m. La adâncime mai mare Eliminatoare se arunca cu capul bureți în căutare de perle, dar acesta este un fenomen de descărcare extremă.
Gradul de adaptabilitate la scufundări delfin poate fi judecat prin exemplul următor: într-o scufundare delfin acvariilor SUA antrenat pentru 105 minute de un semnal de 50 de ori consecutiv la o adâncime de 30 m Era delfin morschinistozuby, care trăiesc în oceane temperate și tropicale .. Dimensiunea sa ajunge la 2,5 metri lungime, dinti 100-104 buc. să crească de la o adâncime de 30 m acest Dolphin petrec în medie 18 secunde. Dar dacă un scafandru într-un costum moale, a rămas la o adâncime de 30 de metri doar 10-12 minute, apoi pe creșterea lui ar dura cel puțin 10 ore. Repede, să zicem, timp de 2-3 minute, de ridicare o persoană cu o astfel de adâncime ar însemna moartea lui imediată de boala de decompresie.
O astfel de timp de creștere mare a diver chiar adancime minor (30-40 m) este necesar pentru decompresia organismului. Odată cu creșterea adâncimii de la fiecare 10 m de presiunea apei este crescută la o atmosferă. Dacă diver a mers în jos, de exemplu, 150 m, atunci când este expus la o presiune a apei de 16 atmosfere. Pentru a echilibra acest aer comprimat, presiunea diver este furnizat sub presiune de aproximativ 16 atmosfere. Prin creșterea presiunii în plămâni scafandrului mai mult aer vine în greutate decât în condiții convenționale, și solubilitatea aerului în sânge crește. Treptat sângele pe tot corpul uman devine saturat cu aer, sau mai degrabă - ingredient principal - azot. Odată cu creșterea rapidă a presiunii Diver scade rapid și sânge ca ea începe să fiarbă: iasă în evidență din bulele de azot, care se pot obține într-un vas de sange majore, cum ar fi aorta si bloca, ceea ce înseamnă că moartea imediată a unei persoane.
Timpul pentru decompresia reduce prin îmbunătățirea design-scufundări și spațiu costume, precum și utilizarea de scafandri pentru respirație un amestec gazos de heliu (96-98%) și oxigen (2-4%). Acest amestec a fost utilizat pentru următorul motiv: (un gaz inert, cum ar fi azot) heliu intră în sânge mai rapid și mai puțin solubil în acesta și iese din sânge mai repede decât azotul. Prin urmare, un astfel de amestec este mai sigur pentru un om decât aerul. timp de decompresie, în acest caz, se reduce de 3-4 ori.
Și acum fapte comparabile. Delfinii, chiar și atunci când acestea cresc rapid de la adâncimi de zeci și sute de metri într-o chestiune de secunde, fără a se confrunta cu nici un disconfort. Motivul este că delfinul, umplerea plămânilor înainte de scufundare porțiune de aer, departe de aceasta porțiune de aer în adâncuri. Aerul din plămâni este sub presiune normală, astfel încât azotul ajunge în sângele lui în cantități mici, este perfect sigur pentru delfini.
Dar acest lucru nu ar fi suficient pentru a se arunca cu capul la adâncimi mari. Pentru prelungirea organism delfin scufundare, ca toate cetaceele, are un număr de caracteristici fiziologice. Începe cu faptul că actul de respirație în cetacee este excitat nu acumularea de dioxid de carbon, precum și lipsa viitoare de oxigen în sânge. Pentru comparație, la mamifere terestre și oameni act de respirație este excitat de acumularea de dioxid de carbon în sânge, și să ia o respirație când plămânii rămâne încă o cantitate considerabilă de oxigen. Cetacee folosesc astfel de oxigen in sange si plamani mai complet decât mamiferele terestre, și poate ține respirația lor pentru o lungă perioadă de timp. cetacee ușoare sunt foarte flexibile și pot micșora rapid și să se extindă. Prin urmare, într-o singură suflare în aer lor plămâni împrospătat de 80-90%, și chiar și o persoană cu o respiratie profunda, expirati - doar 15-20%.
În timpul scufundării sângele în corpul cetaceelor prezintă oxigen în special în organele vitale - inima si creierul, si unele organe si muschii nu primesc oxigen din sânge (a venelor care transporta sange de la aceste organe și mușchi, blocate în timp ce scufundări) și forțat să renunțe la rezervele de oxigen conținute în mioglobina. În această situație, ritmul cardiac incetineste drastic, iar țesuturile și organele obținute într-o cantitate redusă de oxigen. De exemplu, în cazul în care suprafața apei în ritmul cardiac afaliny delfin a fost în intervalul 100-130 bătăi pe minut, la o adâncime egală cu pulsul devine 40-50 de bătăi pe minut.
Activitatea sistemului cardiovascular cetaceelor, în special scufundări la mari adâncimi de 1,5-2 km sau mai mult (balene sperma, balene fin, balene) conține mai cioc multe mistere, iar studiul său este în curs de desfășurare.