Ako veľryby hrbaté ovládajú svoj vztlak pod vodou?

Veľryby keporkaky trávia veľkú časť svojho života pohybom v prostredí, kde gravitácia a tlak vody ovplyvňujú každý pohyb. Plávajú blízko hladiny, klesajú pod ňu a vracajú sa, aby sa nadýchli. Ich schopnosť pohybovať sa medzi hĺbkami závisí nielen od sily ich chvostov: zahŕňa to aj vztlak, tendenciu zvieraťa plávať, potápať sa alebo zostať vo vode.

Pre návštevníkov, ktorí sledujú vráskavce dlhoplutvé v zálive Samaná v Dominikánskej republike, sú tieto podvodné mechanizmy zvyčajne neviditeľné. Veľryba môže zmiznúť pod hladinou a neskôr sa znova objaviť niekde nablízku, takže pozorovateľov bude zaujímať, ako riadi svoju polohu pod vlnami.

Veľryby keporkaky riadia vztlak prostredníctvom kombinovaných účinkov zloženia svojho tela, vzduchu v dýchacom systéme a zmien hĺbky a úsilia pri plávaní. Nespoliehajú sa na jediný mechanizmus tlaku v priestore a ich vztlak vzduchu sa môže meniť pri ich potápaní. telá.

Táto príručka vysvetľuje vedu za vztlakom veľrýb, ako sa líši od plávania a prečo na ňom záleží pri pohybe pod vodou.

Čo znamená vztlak pre veľrybu hrbatú?

Vztlak je sila smerom nahor, ktorou voda pôsobí na predmet ponorený do nej. To, či má predmet tendenciu stúpať, klesať alebo zostať v určitej hĺbke, závisí od vzťahu medzi touto silou a jeho hmotnosťou.

Rovnaký fyzikálny princíp platí pre veľryby dlhoplutvé.

Telo veľryby vytlačí veľké množstvo vody. Táto vytlačená voda vytvára vztlakovú silu smerom nahor, zatiaľ čo gravitácia ťahá veľrybu nadol.

Rovnováha medzi týmito silami pomáha určiť, či má zviera tendenciu stúpať alebo klesať.

Pozitívny, negatívny a neutrálny vztlak

Na pochopenie tohto procesu sú užitočné tri pojmy.

• Pozitívny vztlak: Vztlaková sila smerom nahor prevyšuje hmotnosť zvieraťa, takže má tendenciu stúpať.
• Negatívny vztlak: Hmotnosť zvieraťa presahuje vztlakovú silu, takže má tendenciu klesať.
• Sily zostávajú približne v rovnováhe, hĺbka je vyrovnaná. silná tendencia stúpať alebo klesať.

Toto sú zjednodušené popisy. Plávajúca veľryba sa stále môže pohybovať vertikálne, aj keď by jej prirodzený vztlak mal tendenciu pohybovať sa opačným smerom.

Prečo záleží na hustote tela

Hustota popisuje, koľko hmoty obsahuje daný objem.

Zviera, ktorého priemerná hustota je nižšia ako okolitá voda, má tendenciu plávať, zatiaľ čo zviera s vyššou priemernou hustotou má tendenciu klesať. Telesné tkanivá, tuk, svaly, kosti a vzduchové priestory prispievajú k celkovej hustote.

Pre veľrybu hrbatú je teda vztlak vlastnosťou celého tela a nie jedného jednotlivého orgánu.

Ako vzduch v pľúcach ovplyvňuje vztlak veľrýb?

Vzduch je oveľa menej hustý ako voda. Výsledkom je, že vzduch zadržiavaný v dýchacom systéme zvieraťa môže ovplyvniť jeho celkový vztlak.

Veľryby hrbaté sú cicavce, ktoré dýchajú vzduch na povrchu. Neextrahujú kyslík z vody pomocou žiabrov.

Keď veľryba dýcha pri hladine, vzduch vstupuje do jej pľúc. Objem vzduchu v jej dýchacom systéme môže ovplyvniť jej tendenciu vznášať sa.

Čo sa stane počas ponoru?

Keď veľryba klesá, okolitý tlak vody sa zvyšuje. Tento tlak stláča priestory naplnené plynom, čím sa zmenšuje objem vzduchu, ktorý obsahujú.

S klesajúcim objemom vzduchu sa mení aj jeho príspevok k vztlaku.

Toto je jeden z dôvodov, prečo sa tendencia veľrýb stúpať alebo klesať medzi hladinou a hlbšou vodou môže líšiť.

Je však dôležité nepredpokladať, že pohyb veľryby určuje samotný vzduch v pľúcach. Dôležité je aj zloženie tela, hĺbka, plavecká aktivita a ďalšie faktory.

Prečo nemožno veľryby priamo porovnávať s nafukovacími predmetmi

Veľryba nie je prázdna nádoba naplnená vzduchom. Má zložité telo tvorené tkanivami s rôznou hustotou a mechanickými vlastnosťami.

Vzduchové priestory sú len jednou zložkou jej celkového vztlaku.

Zostup veľryby preto nemožno vysvetliť jednoducho tak, že vypustí všetok vzduch alebo vypne pľúca. Pohyb zvieraťa je výsledkom niekoľkých vzájomne sa ovplyvňujúcich fyzikálnych a biologických procesov.

Pomáha zloženie tela veľryby hrbatej kontrolovať vztlak?

Áno. Tkanivá, ktoré tvoria telo veľryby, prispievajú k jej celkovej hustote, a preto ovplyvňujú vztlak.

Svaly, kosti, tuk a iné tkanivá majú odlišné fyzikálne vlastnosti. Ich kombinované proporcie ovplyvňujú, ako celé zviera interaguje s vodou.

Úloha tuku

Tukový tuk je hrubá vrstva tuku pod kožou mnohých morských cicavcov vrátane veľrýb keporkakov.

Medzi jeho najznámejšie funkcie patrí izolácia a skladovanie energie. Pretože tukové tkanivo má aj fyzikálne vlastnosti, ktoré sa líšia od vlastností svalov a kostí, prispieva k celkovému zloženiu tela veľryby a jej vztlaku.

Tukový tuk by sa však nemal označovať ako špeciálne zariadenie na kontrolu vztlaku. Jeho úloha pri vztlaku je súčasťou oveľa väčšieho systému zahŕňajúceho celé telo.

Význam veľkosti a tvaru tela

Veľryby keporkaky majú veľké, aerodynamické telá prispôsobené na plávanie vo vode.

Ich veľkosť ovplyvňuje množstvo vytlačenej vody, zatiaľ čo rozloženie rôznych tkanív ovplyvňuje priemernú hustotu tela.

Tvar tela tiež ovplyvňuje odpor, čo je odpor, s ktorým sa zviera pri pohybe vo vode. Odpor a vztlak sú rôzne sily, ale na oboch záleží, keď veľryba cestuje medzi hĺbkami.

Ako sa mení tlak vody počas potápania veľryby?

Tlak vody sa zvyšuje s hĺbkou, pretože hlbšia voda podporuje váhu väčšieho množstva vody nad ňou.

Táto zmena ovplyvňuje priestory naplnené plynom a ovplyvňuje fyzické podmienky, ktoré zažívajú pri potápaní3>

povrch

V blízkosti povrchu je tlak okolitej vody relatívne nízky v porovnaní s podmienkami vo väčších hĺbkach.

Vzduchové priestory v dýchacom systéme veľryby zaberajú väčší objem, než by tomu bolo pri vyššom tlaku, hoci ich skutočný objem závisí od stavu dýchania a anatómie zvieraťa.

Tlak vo väčších hĺbkach stláča tlak vzduchu pri dýchaní klesá

systém.

To mení vzťah medzi jeho objemom tela, hustotou a vztlakom.

Tento efekt je obzvlášť dôležitý pri zvažovaní toho, ako sú morské cicavce prispôsobené na potápanie. Presný vztlak, ktorý jednotlivý keporkak zažíva, však závisí od jeho telesných charakteristík, stavu dýchania a hĺbky.

Veľryba musí pod vodou zvládať aj spotrebu kyslíka a iné fyziologické požiadavky. Vztlak je len jednou časťou širšieho procesu potápania.

Musí veľryba hrbáč neustále plávať, aby zostala pod vodou?

Nie nevyhnutne. Úsilie potrebné na zotrvanie v určitej hĺbke čiastočne závisí od vztlaku veľryby v tejto hĺbke.

Ak má veľryba tendenciu stúpať, možno bude musieť plávať nadol alebo použiť iné pohyby, aby si udržala svoju polohu. Ak má tendenciu klesať, možno bude musieť plávať nahor, aby sa vrátilo na hladinu.

Keď je jeho vztlak blízko neutrálnej polohy, udržiavanie hĺbky môže vyžadovať menšie úsilie, aby čelilo silnému sklonu nahor alebo nadol.

Zostať v hĺbke však nie je to isté ako zostať nehybný. Vodné prúdy, orientácia tela a ďalšie pohyby môžu ovplyvniť polohu zvieraťa.

Plávanie a vztlak sú odlišné

Plávanie zahŕňa vytváranie síl, ktoré pohybujú telom vo vode. Veľryby keporkaky generujú väčšinu svojho predného ťahu pohybmi chvosta a náhody.

Naproti tomu vztlak je sila nahor, ktorú vyvíja vytlačená voda.

Veľryba môže plávať nadol, aj keď má tendenciu plávať, rovnako ako môže plávať nahor, zatiaľ čo jej telo má tendenciu klesať. Skutočný pohyb zvieraťa odráža kombinované účinky vztlaku, gravitácie, síl pri plávaní a odporu.

Pochopenie tohto rozdielu pomáha vysvetliť, prečo sa potápačské správanie veľryby nedá pochopiť len z pohybov jej chvosta.

Ako sa vráskavce vracajú na povrch?

Pohyb veľryby hrbáč sa musí vrátiť späť na hladinu.

Pohyb veľrýb sa musí vrátiť na hladinu. účinky vztlaku alebo kombinácia oboch. Rovnováha sa môže počas ponoru zmeniť.

Veľryba, ktorá zostúpila do hlbšej vody, môže potrebovať vyvinúť ťah smerom nahor, aby sa dostala na hladinu. Ak jej vztlak pomáha pri stúpaní, môže to ovplyvniť aj to, koľko úsilia je potrebné pri plávaní.

Prečo výstup nie je vždy rovný

Dráha veľryby pod vodou sa môže meniť v závislosti od jej aktivity a okolia.

Môže zmeniť svoj smer, upraviť uhol tela alebo sa pred vynorením pohnúť vodorovne. Jej trasa závisí od viac než len od vztlaku.

Pre pozorovateľov na lodi to znamená, že veľryba sa môže znova objaviť na mieste, ktoré sa líši od bodu, kde zmizla.

Môže vztlak predpovedať, kedy sa veľryba vynorí?

Žiadne jednoduché pozorovanie vztlaku nedokáže pozorovateľovi veľryby presne povedať, kedy sa bude pozorovateľ veľryby vracať a trvanie veľryby sa bude meniť. Aktivita veľryby, námaha pri plávaní a fyziologické potreby ovplyvňujú ponor a jej stav pod vodou nie je možné úplne určiť z povrchu.

Je lepšie chápať vztlak ako jeden faktor v pohybe veľryby, a nie spoľahlivé odpočítavanie do jej ďalšieho objavenia.

Ako sa vztlak líši od ťahania?

Vznášanie sa líši od pohybu zvierat a ťahanie vo vode. účinky.

Vztlak je sila nahor spojená s vytlačenou vodou. Brúsenie je odpor, ktorý pôsobí proti pohybu vo vzťahu k okolitej vode.

Veľryba môže zažiť vztlak, aj keď sa nehýbe. Brúsenie sa stáva relevantným, keď sa pohybuje vo vode alebo keď voda obteká jej telo.

Prečo na ťahaní záleží pri potápaní

Keď sa veľryba pohybuje, jej telo musí tlačiť vodu nabok a prekonávať odpor. Tvar tela a rýchlosť plávania ovplyvňujú tento odpor.

Chvost veľryby poskytuje ťah, ktorý jej pomáha pri pohybe, zatiaľ čo tvar tela ovplyvňuje, ako okolo nej obteká voda.

Úsilie potrebné na ponor preto závisí od vertikálnych síl aj od odporu, ktorý sa vyskytuje počas pohybu.

Prečo na rozdiele záleží

Potápajúca sa veľryba sa nemusí nevyhnutne pohybovať v dôsledku ťahania. Jej tendencia klesať súvisí s rovnováhou medzi gravitáciou a vztlakom.

Podobne veľryba, ktorá pláva nahor, sa ťahá, aj keď jej vztlak tiež pomáha pri jej stúpaní.

Oddelenie týchto pojmov uľahčuje pochopenie fyziky pohybu veľrýb.

Čo sa môžu pozorovatelia veľrýb naučiť z dobre známej destinácie veľryby

2 v Samame. pozorovania keporkakov v severnom Atlantiku.

Počas výletu s pozorovaním veľrýb môžu návštevníci vidieť veľrybu dýchať na hladine, zmiznúť pod vodou a neskôr sa znova objaviť. Veľká časť pohybu zvieraťa medzi týmito pozorovaniami sa odohráva mimo pohľadu pozorovateľa.

Vznášanie pomáha vysvetliť niektoré súvisiace fyzikálne procesy, ale neodhaľuje úplné správanie veľryby pod vodou.

Pochopenie zmiznutia

Keď veľryba zmizne pod vlnami, môže klesať alebo sledovať horizontálnu dráhu pod vodou. čln.

Zmeny vztlaku sú súčasťou fyziky jeho pohybu, ale pozorovateľ nemôže určiť presnú hĺbku alebo trajektóriu zvieraťa zo samotného zmiznutia.

Ocenenie adaptácií zvieraťa

Schopnosť pohybovať sa medzi hĺbkami vyžaduje viac ako len silu. Keporkaky musia fungovať v rámci fyzických obmedzení tlaku vody, vztlaku, odporu a potreby dýchať vzduch.

Pochopenie týchto faktorov uľahčuje pochopenie zložitosti správania veľrýb bez predpokladu, že každý ponor prebieha podľa rovnakého vzoru.

Pre zodpovedné pozorovanie veľrýb by návštevníci mali zvieratám dovoliť, aby sa pohybovali prirodzene a nemali by sa snažiť predpovedať alebo nútiť pokyny svojho sprievodcu. stret.

Často kladené otázky

Čo drží vráskavca nad vodou?

Vztlak z vytlačenej vody pôsobí na celé telo veľryby. Jeho priemerná hustota vrátane tkanív a vzduchových priestorov určuje, či má tendenciu stúpať alebo klesať.

Môže vráskavec dlhoplutvý potopiť sa pod vodu?

Áno. V závislosti od celkovej hustoty, hĺbky a stavu dýchania môže veľryba zažiť negatívny vztlak a tendenciu klesať. Môže tiež aktívne plávať nadol.

Pomáha vzduch v pľúcach veľrybe plávať?

Vzduch v dýchacom systéme prispieva k vztlaku, pretože vzduch je oveľa menej hustý ako voda. Je to však len jeden faktor v celkovom vztlaku veľryby.

Ovplyvňuje tlak vody vztlak veľrýb?

Áno. Tlak sa zvyšuje s hĺbkou a stláča priestory naplnené plynom, čím sa mení ich objem a ich príspevok k vztlaku.

Je vztlak to isté ako plávanie?

Nie. Vztlak je sila nahor spôsobená vytlačenou vodou, zatiaľ čo plávanie zahŕňa vytváranie síl na pohyb vo vode. Obe ovplyvňujú pohyb veľryby.

Môžu vráskavce dlhoplutvé zostať v jednej hĺbke bez plávania?

Ich schopnosť udržať si hĺbku s malým vertikálnym úsilím závisí od ich vztlaku a okolitých podmienok. Dokonca aj keď je vztlak blízko neutrálnej polohy, prúdy a iné pohyby môžu ovplyvniť ich polohu.

Ovláda tuk vztlak veľryby?

Mazík prispieva k celkovému zloženiu tela, a preto ovplyvňuje priemernú telesnú hustotu. Medzi jeho hlavné funkcie patrí izolácia a skladovanie energie, takže by sa s ním nemalo zaobchádzať ako so špeciálnym mechanizmom kontroly vztlaku.

Dokážu pozorovatelia veľrýb predpovedať, kde sa keporkak vynorí, ak pochopia vztlak?

Nie je to spoľahlivé. Vztlak je len jeden vplyv na pohyb pod vodou. Smer veľryby, aktivita pri plávaní a správanie pri potápaní tiež ovplyvňujú to, kde a kedy sa znova objaví.

Záver

Vráskavec dlhoplutvý riadi vztlak prostredníctvom kombinovaných účinkov zloženia tela, vzduchu v ich dýchacom systéme, tlaku vody a síl, ktoré na ne pôsobia pri plávaní.

Ich vztlak sa môže meniť s hĺbkou, pretože tlak v priestore stláča plyn. Plávanie poháňané chvostom zároveň pomáha veľrybám pohybovať sa nadol, nahor alebo vodorovne podľa potreby.

Návštevníkom, ktorí sledujú vráskavce dlhoplutvé v Samaná, táto veda ponúka užitočný pohľad na to, čo sa stane, keď veľryba zmizne pod hladinou. Jeho podvodná cesta je formovaná fyzikou vody a špecializovanou biológiou morského cicavca, ktorý sa musí vrátiť, aby dýchal vzduch.

Vztlak nevysvetľuje každý ponor, ale je dôležitou súčasťou pochopenia toho, ako sa veľryby veľryby plavia oceánom.