El progreso tecnológico nos ha permitido hacer lo que muchas aves pueden hacer por naturaleza: volar. Por supuesto, muchas cosas han cambiado desde los días de los hermanos Wright, y los aviones de hoy son mucho más eficientes, más seguros y más cómodos. Sin embargo, a diferencia de la tecnología, que una persona puede cambiar, las condiciones climáticas y los fenómenos atmosféricos viven según sus propias reglas y tienen una naturaleza muy impredecible. Para muchos, incluso los vuelos más silenciosos ya son una prueba de la fuerza del carácter. Y cuando el pájaro de hierro entra en la zona de turbulencia, las personas con aerofobia comprueban la resistencia de los apoyabrazos de sus sillas. Para la aviación, la turbulencia, que puede durar desde unos pocos milisegundos hasta varios minutos, es un obstáculo que los ingenieros y científicos están tratando de superar de todas las formas posibles mejorando ciertas partes de los aviones.Pero, ¿cómo afecta la turbulencia a las aves? Científicos de la Universidad de Cornell (EE. UU.) Han descubierto que para los pilotos emplumados, la turbulencia no es un problema, pero les ayuda a superar rápidamente largas distancias. ¿Cómo afecta exactamente la turbulencia al vuelo de un pájaro, qué tan significativos son estos efectos y cómo se pueden aplicar los datos obtenidos en la construcción de aeronaves? Encontraremos respuestas a estas preguntas en el informe de los científicos. Ir.
Base de investigación
La vida de muchas aves está estrechamente relacionada con el cielo. Para ellos, este no es solo un espacio para superar la distancia del punto A al punto B, sino también un lugar para juegos, bailes de apareamiento, caza e incluso recreación (el vencejo negro pasa unos 10 meses al año en el aire, meses es el período de anidación). Por lo tanto, es bastante obvio que estas criaturas han aprendido no solo a lidiar con las dificultades y problemas asociados con un cielo impredecible, sino también a usarlos en su beneficio.
La turbulencia en el cielo es extremadamente impredecible, puede aparecer de la nada y detenerse instantáneamente. La duración de la turbulencia también depende de muchos factores. Por lo tanto, si un pájaro no puede vivir sin el cielo, necesita adaptarse a condiciones tan variables.
El problema es, como dicen los autores del trabajo, que sabemos muy poco sobre la relación entre la turbulencia y el comportamiento de las aves. Varias observaciones in vivo y experimentos en un túnel de viento dan resultados muy contradictorios. En algunos casos, la turbulencia conduce a una disminución de los costos de vuelo, en otros, a un aumento. Es cierto que esto se aplica a las turbulencias "superficiales".
Ahora, se observa un cuadro diferente con turbulencias a gran escala resultantes de flujos ascendentes debido a la topografía, flujos de calor ascendentes, ondas internas y frentes. Todos estos factores contribuyen a la eficiencia del vuelo en un grado u otro. Además, la interacción de un pájaro (o incluso un aparato) con tales fenómenos es mucho más fácil de realizar, porque son más lentos y estables.
En el caso de las aves, la estructura del arroyo deja su huella en la trayectoria de su vuelo, cuyo análisis sugiere la presencia de un efecto positivo de turbulencia.
Los científicos señalan que a pesar de la imprevisibilidad de la turbulencia y su sensibilidad a los cambios más leves en las condiciones ambientales, exhibe características únicas, incluida una cierta distribución de energía entre movimientos de diferentes intensidades, combinada con una falta de invariancia de escala precisa llamada intermitencia.
Estas características únicas se pueden ver en las trayectorias de partículas transportadas por flujos turbulentos. Se observa un patrón similar en las trayectorias de las aves.
Imagen No. 1
Para resolver esta confusa situación, los científicos analizaron los datos de las observaciones de una águila real hembra adulta ( Aquila chrysaetos ; 1A ). El ave pesaba 5 kg y tenía una envergadura de aproximadamente 2 m. Los científicos observaron su vuelo de Alabama a Nueva York a lo largo de los Apalaches del 15 de marzo al 31 de marzo de 2016 ( 1B ). Se adjuntó un aparato al cuerpo del águila real, que registró la posición del cuerpo y la aceleración triaxial. Los datos se transmitieron a los científicos sobre el terreno a través de una red móvil.
El camino del águila real atravesó áreas con diferentes condiciones de viento. Al mismo tiempo, la trayectoria de vuelo no siempre siguió el flujo del viento. Esto podría deberse a la fuerza del flujo, las paradas para tomar una decisión (hacia dónde volar a continuación), la resistencia del aire, el empuje, etc.
El patrón de aceleración y posición del águila real indica un comportamiento diferente (por ejemplo, despegue, aterrizaje, vuelo). Los científicos identificaron aquellas partes del camino ( 1B ) donde el águila real revoloteaba y donde aleteaba activamente, lo que se definió como oscilaciones de aceleración regulares a una frecuencia de 2.8 Hz (imagen # 2).
Imagen No. 2
Resultados de la observación
La aceleración vertiginosa del águila real fue bastante intermitente, como lo indican las largas colas en la distribución de la aceleración (imagen # 3).
Imagen # 3
El hecho de que las distribuciones sean altamente no gaussianas es consistente con el patrón de aceleración de partículas bajo fuertes turbulencias, a pesar de las diferencias de escala y geometría entre partículas y aves. Las partículas indicadoras de turbulencia que siguen de cerca el flujo turbulento exhiben aceleraciones extremas que son muchos órdenes de magnitud más probables de lo que predice la distribución gaussiana. Un aumento en el tamaño y la masa de las partículas conduce a un estrechamiento de la cola * de la distribución, que se mide por el número de Stokes * (St), que es <1 para partículas ligeras y pequeñas.
* — , .
* — , . < 1, , ﹥ 1 — .La distribución de la aceleración del águila real es entre la distribución de la aceleración de las partículas trazadoras (sin inercia) y la distribución de la aceleración de las partículas débilmente inerciales (St = 0.09 ± 0.03). Las distribuciones de turbulencia a menudo se asemejan a funciones exponenciales estiradas, y estas funciones describen la cola de la distribución de aceleración del águila real como una extensión de aproximadamente 1.8, que corresponde a valores para cantidades a pequeña escala. Las desviaciones estándar de las componentes de las aceleraciones x, y, yz son 0.90, 0.88 y 1.62 m / s 2, respectivamente.
La característica más obvia y frecuente de los espectros de aceleración durante la migración y permanencia en un lugar en el águila real fue la ley de potencia * , que prevalece entre frecuencias de aproximadamente 0,2 y 2 Hz.
La ley de potencia * es una relación funcional entre dos cantidades, cuando un cambio en una conduce a un cambio en la segunda, independientemente de sus valores iniciales.El área que obedece a la ley de potencia está limitada a altas frecuencias con una oscilación que ocurre a una frecuencia de aproximadamente 2.8 Hz. No se sabe exactamente qué limita el rango del zoom a bajas frecuencias.
Los espectros de aceleración del águila real tienen una pendiente logarítmica cercana a -5/3, una pendiente que no cambia significativamente cuando los espectros varían según la velocidad del viento o la ruta de migración.
Imagen No. 4
Los espectros de aceleración del águila real se describieron utilizando la segunda ley de Newton, teniendo en cuenta que los cambios en las fuerzas aerodinámicas que actuaban sobre el ave eran lineales con respecto a los cambios en la velocidad relativa entre el águila real y el aire. Es decir, las fluctuaciones en la velocidad del ave en relación con la velocidad promedio del viento provocan cambios en las fuerzas aerodinámicas que son lineales con respecto a las fluctuaciones en la velocidad. Esta explicación se puede observar en varios casos: la sustentación generada por el ala es lineal en perturbaciones verticales con respecto al vector viento hasta el momento de la pérdida; el empuje creado por la hélice es lineal con respecto a los cambios en su velocidad aerodinámica, que es pequeña en comparación con el viento que genera; La resistencia no lineal, que se manifiesta en números de Reynolds altos, es lineal con pequeños cambios en la velocidad del aire.
Los cálculos resultantes mostraron que las fluctuaciones en la aceleración del águila real tienen el mismo espectro que las fluctuaciones en la velocidad del viento que encuentra el águila real en vuelo. Los datos muestran (imagen n. ° 4) que las velocidades del viento más altas están asociadas con mayores aceleraciones del águila real en el rango de 0,2 a 2 Hz. Curiosamente, el espectro de aceleración no desaparece con la velocidad del viento cero. Esto puede deberse a la turbulencia creada por las térmicas * incluso en ausencia de viento notable.
Térmico * : una masa de aire ascendente que surge del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por la radiación solar.El aumento de la aceleración con vientos más fuertes se puede atribuir a un aumento de la fuerza de la turbulencia. El punto clave es que el espectro de la velocidad del viento es proporcional a 2/3 de la tasa de disipación de la turbulencia, que es proporcional al cubo de la intensidad de la turbulencia. A una altitud determinada en la capa límite de la atmósfera, donde vuela el águila real, la intensidad de la turbulencia cambia en proporción a la velocidad del viento. Dada la relación lineal entre la aceleración de las aves y la velocidad del viento, se puede suponer que el coeficiente del espectro de aceleración preliminar aumenta cuadráticamente con la velocidad del viento.
Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .
Epílogo
En el curso de este estudio, los científicos analizaron los datos obtenidos a partir de las observaciones de un águila real que volaba de Alabama a Nueva York. Según estos datos, el vuelo del ave fue desigual, lo que se asoció con zonas de turbulencia. La imagen que los científicos observaron durante el análisis se parecía a la que describe el comportamiento de las partículas en corrientes de aire turbulentas. Entonces, en el período de 0.5 a 10 segundos, la aceleración del ave y la turbulencia atmosférica estaban completamente sincronizadas. En otras palabras, el águila real utilizó corrientes turbulentas para simplificar su tarea de volar desde el punto A al punto B. Para las aves que migran largas distancias, no es sorprendente minimizar los costos de energía asociados con el vuelo.
Es curioso que los ingenieros y científicos aeronáuticos hagan todo lo posible para reducir el impacto de la turbulencia en los aviones, mientras que las aves lo aprovechan. Este estudio no solo muestra la existencia de tal posibilidad, sino que también proporciona más datos empíricos para tal estudio de un fenómeno misterioso e impredecible como la turbulencia.
Viernes fuera de la cima:
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Fuera de la parte superior 2.0:
XIX , (Ptilonorhynchidae) .
XIX , (Ptilonorhynchidae) .
¡Gracias por su atención, tengan curiosidad y tengan un gran fin de semana, chicos! :)
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