Animais nadadores e voadores são perfeitamente adaptados para cruzar seus ambientes, produzindo impulso por meio de propulsores - asas para pássaros e nadadeiras caudais para peixes. Ao longo de milhões de anos, a morfologia desses animais evoluiu para um cruzeiro eficiente ao máximo, e cerca de 30 anos atrás, pesquisadores propuseram que a maioria dos nadadores cruza dentro de uma faixa estreita de números de Strouhal - estes são números adimensionais que descrevem o fluxo oscilante. E mais recentemente, os pesquisadores determinaram que os animais voadores cruzam na mesma faixa de números de Strouhal.

Especificamente, para nadar e voar animais, o número de Strouhal é definido como St =f / U * A, onde f é a frequência de oscilação, U é a taxa de fluxo, e A é a amplitude de oscilação. E a estreita faixa de números de Strouhal em que animais nadadores e voadores cruzam é ​​de 0,2

OK. Então, por que esse intervalo estreito de números é o mais eficiente? Daniel Floryan, Tyler Van Buren e Alexander J. Smits, engenheiros mecânicos da Universidade de Princeton, conduziu um estudo sobre a eficiência de animais nadadores e voadores para responder a essa pergunta.

Eles usaram uma configuração experimental derivada de estudos anteriores, que consistia em um aerofólio em um túnel de água. O aerofólio fez movimentos de elevação e lançamento biologicamente relevantes que foram medidos por codificadores. Os pesquisadores realizaram experimentos com todas as combinações possíveis de parâmetros cinéticos e analisaram os dados resultantes matematicamente.

Uma vez que o arrasto nunca pode ser completamente eliminado, eficiência perfeita não é possível. Mas os animais selecionados como os mais aptos evoluíram para uma faixa estreita de parâmetros altamente eficientes.
Um animal nadando a uma velocidade constante cria impulso com sua nadadeira caudal, e experiências de arrasto produzidas por duas fontes:seu corpo, e o arrasto "compensado" causado pela área frontal do propulsor projetada sobre sua amplitude de movimento.

Para animais voadores, a física é um pouco diferente, pois seus propulsores precisam resistir à gravidade além de fornecer empuxo. Contudo, a necessidade de produzir sustentação não afeta a física de propulsão e arrasto quando o animal está em uma velocidade de cruzeiro constante.

Em estudos anteriores, os pesquisadores sugeriram que os movimentos de grande amplitude definem o número de Strouhal para um cruzeiro eficiente. Os autores do presente estudo argumentam que a amplitude define a eficiência total sem ditar o número de Strouhal ideal. Em vez de, os autores escrevem, "o arrasto de deslocamento é crucial para determinar o comportamento de Strouhal baixo e definir o Strouhal específico no qual ocorre o pico de eficiência."

Arrastar é a chave. Com base em sua análise, os pesquisadores concluíram que a faixa de números de Strouhal que define o cruzeiro altamente eficiente para animais nadadores e voadores é amplamente determinada pelo arrasto fluido nas nadadeiras e nas asas. "Em outras palavras, "concluem os autores, "considerações energéticas definem a cinemática do propulsor para a mais eficiente, e o impulso líquido do propulsor no pico de eficiência equilibra o arrasto do corpo para definir a velocidade de cruzeiro. "

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