Fysikken i udrivende menneskelig svømning

Et forskerhold ledet af University of Tsukuba lavede den hidtil mest komplette optagelse af et menneske, der svømmede under vandet som en ål eller lamprey. Brug af bevægelsesoptagelsesudstyr og partikelhastighedsmonitorer, forskerne var i stand til at studere denne "undulatory" undervandsdrivning og de nærliggende vandstrømme, den skabte. De fandt ud af, at jetfly produceret ved sammenføjning af hvirvler hjælper med at forklare effektiviteten af ​​denne svømmemetode, som kan anvendes på nye fremdriftssystemer.

Hvis du ser en olympisk svømmehændelse, du kan blive overrasket over at se atleterne vride sig som ål, når de starter løbet eller lige efter at have vendt rundt. Uanset hvilken type svømmetur, der bruges til resten af ​​omgangen, disse konkurrenter har opdaget, at denne bølgende bevægelse er den bedste måde at accelerere hurtigt på. Imidlertid, det var ikke tidligere kendt, hvorfor dette er tilfældet, og en bedre forståelse af undervandsfremdrivning kan føre til mere effektive ubåde og skibe. Til denne forskning, en svømmer på nationalt plan blev registreret svømning i en vandflume, mens han havde 18 LED-markører på. Strømme af mikrobobler blev brugt som sporstoffer til 3-D-vandhastighedsfelterne. Dette gjorde det muligt for forskerne mere fuldt ud at forstå kilden til svømmerens tryk, mens de bølgede under vandet.

"Fremdrift gennem en væske, hvad enten luft eller vand, baserer sig normalt på princippet om bevarelse af momentum, "forklarer forfatter Hirofumi Shimojo." F.eks. skubbe vand baglæns med dine hænder eller fødder, når du svømmer i havet, får dig til at bevæge dig fremad. Tilsvarende en jetmotor kan zoome gennem himlen ved at skubbe en luftstrøm bagud ud af motorerne. "

Forskerne så, at svømmerens nedadgående spark skabte avancerede hvirvler, der bevægede sig fra forsiden til bagsiden af ​​hans fødder. Efter at disse hvirvler var fældet fra svømmerens krop, de kombinerede til en "hvirvelvågning, "som førte til en vandstråle, der drev ham fremad.

"Vores arbejde viser vigtigheden af ​​at visualisere de komplekse vandstrømme for at forstå oprindelsen til fremdriftseffektivitet. I dette tilfælde, svømmeren får kraft fra sit nedadgående spark på grund af hvirvlerne og jetstrømmen i hans kølvandet, "siger seniorforfatter Hideki Takagi.

Disse fund kan potentielt give indsigt ud over menneskelig bevægelse. Tilføjer Shimojo, "Dette arbejde kan hjælpe os med at forstå vågningerne skabt af andre former for undervandsfremdrivning, herunder dem, der driver både og ubåde. "