Китайские физики выяснили, как пингвинам-шкиперам удается удерживать статус самых быстрых подводных пловцов среди птиц. О результатах нового исследования информирует издание Physics of Fluids.

Оказалось, что кроме подходящей формы крыла и оперения, птицы корректируют угол наклона своих крыльев в воде, что помогает улучшать тягу. Ученые надеются, что их исследование поможет не только лучше понять плавание пингвинов, но и улучшить гидродинамику роботов.

У пингвинов крылья превратились в ласты: непригодны для полетов, но благодаря структуре перьев и кожи отличны для ныряния и плавания под водой, где эти птицы добывают себе пропитание.

Например, пингвины-шкиперы – самые быстрые подводные птицы – способны развивать в воде скорость до 36 километров в час. В отличие от дельфинов или рыб, у них нет возможности создавать тягу колебанием тела, хвоста или движениями ног, поэтому пингвины должны научиться правильно использовать свои крылья, чтобы эффективно преодолевать сопротивление воды.

Чтобы уточнить, как им это удается, команда физиков из Китайской академии наук просмотрела видео с плаванием пингвинов, создала двухмерную модель птицы и воспроизвела, как форма ее крыла взаимодействует с жидкостью, чтобы создавать тягу.

Используя метод погруженной границы, позволивший оценить обтекаемость крыла пингвина, ученые определили, что основным источником тяги, до 85,4 процента, являются внешние три пятых участка крыла птицы.

Анализируя соотношение скорости взмахов крыльев к скорости движения, физики обнаружили, что оперение помогает птицам эффективно преодолевать сопротивление воды, но они создают тягу не благодаря давлению на поверхность крыла, а благодаря его подъему-опусканию.

При подъеме крыла давление под ним снижается, тогда как при опускании - растет, что помогает быстро двигаться. Причем, очевидно, в воде пингвины-шкиперы подбирают правильную амплитуду махания крыльев, ведь слишком большая амплитуда создаст лишние вихри, а слабая не будет эффективной.