Supercomputer enthüllen: So erzeugen Delfine Vortrieb für hohe Geschwindigkeit

Mit einem Supercomputer können wir den Fluss simulieren und zerlegen, um festzustellen, welche Komponenten die dominierende Rolle spielen“, erklärte Yutaro Motoori, der Hauptautor. Hierarchie, die werden. Credit: Yutaro Motoori Wie Delfine Wasser formen, um zu sprinten Experten wussten schon lange, dass Delfine schnell sind, aber die genaue Quelle ihres Antriebs war schwer nachzuverfolgen.

Jahrzehntelang deutete das „Gray’s Paradox“ darauf hin, dass die Delfinmuskulatur mathematisch nicht in der Lage sei, den Wasserwiderstand zu überwinden. Dies führte zur falschen Theorie, dass ihre Haut einzigartige antiresistive Eigenschaften besäße. Diese Studie löst das Paradoxon endlich, indem sie zeigt, dass das Geheimnis nicht allein in der Biologie liegt, sondern in der Fluiddynamik.

Delfine treiben sich durch eine oszillierende Schwanzbewegung in einer kraftvollen vertikalen Kickbewegung an. Diese Bewegung drückt Wasser nach hinten und erzeugt eine Kielwasserzone komplexer, turbulenter Strömungen. Diese Bewegung erzeugt eine „Hierarchie “ – eine Mischung aus großen, energiereichen Wirbeln und kleineren, chaotischen Wellen.

Die immense Komplexität dieser überlappenden Wasserströmungen

Die immense Komplexität dieser überlappenden Wasserströmungen machte es den Wissenschaftlern nahezu unmöglich, festzustellen, welcher spezifische Teil des Flusses für die legendäre Geschwindigkeit des Delfins verantwortlich war. Es stellte sich heraus, dass die Ursache in der komplexen, blasigen Turbulenz verborgen war, die durch seine kräftigen Bewegungen erzeugt wurde.

Mithilfe großskaliger numerischer Simulationen entdeckte das Team aus Osaka, dass der Schwanzschlag des Delfins mächtige, großskalige Wirbelringe erzeugt.

Die Studie zeigt, dass nur der größte dieser Wirbel den tatsächlichen Schub liefert, der für die Geschwindigkeit notwendig ist. „Die numerischen Simulationen ergaben, dass der oszillierende Schwanz des Delfins starke, großskalige Wirbelringe erzeugt, die Wasser nach hinten drücken und somit Schub erzeugen.

Anschließend bilden diese großen Wirbel kleinere

Anschließend bilden diese großen Wirbel kleinere Wirbel in einem Prozess, der als Energie-Kaskade bekannt ist.“ Insbesondere können Forscher diese biologischen „Abkürzungen“ nun auf menschengemachte Technologien anwenden, indem sie die spezifischen Mechanismen isolieren, die Schub erzeugen.

Obwohl diese praktischen Anwendungen noch Zukunftsmusik sind, unterstreicht die Studie, wie die Physik die natürliche Welt erforschen kann, um langjährige Rätsel zu lösen. Die Ergebnisse wurden im Journal Physical Review Fluids veröffentlicht.