[闲聊] 死鱼

楼主: Hakase5566 (G8咖哩鸟)   2024-09-14 13:17:25
今年的搞笑诺贝尔物理奖颁给了美国佛罗里达大学生物系的James C. Liao教授,得奖的研
究是“死掉的鳟鱼还可以游多远”…
咦?死掉的鳟鱼还可以继续游啊...
这当然是颁奖单位为了制造效果所下的标题啦!其实廖教授做的研究是:“为什么鱼类可以
用很高的效率游泳”。得奖理由说的“死鱼游泳”,主要是发表在2004年9月的“实验生物
学期刊”(Journal of Experimental Biology),20年来廖教授持续这个问题的研究,一
直到今年都还有相关的论文发表。
我们小时候都有读过“伟人看到小鱼逆流而上,于是立志长大要当伟人,后来真的变成伟人
”的励志故事,鱼类在水中的游泳的能力确实令人惊奇。无论是逆流而上还是顺水滑行,貌
似都能轻松驾驭水流。2004年这篇主要的获奖文章,就是探讨鳟鱼在流体动力学中的“卡门
涡街”(Kármán vortex street)环境中,如何轻松的游泳,减少能量消耗。
卡门涡街是什么呢?当流体经一个圆柱形障碍物时,会产生交替的涡流并且脱离障碍物两侧
,在后方形成一条涡流链,称为“卡门涡街”,因为这一现象由物理学家卡门(Theodore v
on Kármán)所提出。
廖教授的研究显示,鱼类能够巧妙地利用卡门涡街来提高游泳效率。他用一个有圆柱体障碍
物、可以调节水流速度的水槽来制造卡门涡街,然后把虹鳟放进去,发现鳟鱼在涡街中会自
动调整游泳模式,得到更高的能量效率,这种模式称为“卡门步态”(Kármán gait,当
然啦,鱼类没有脚,这里所谓的“步”态指的是牠行进的姿态与动作)。
他用精密的肌电图(EMG)记录鳟鱼在卡门步态中肌肉的活动状态,发现“轴向”(前后向
)肌肉活动显著减少,只有位于体长的前40%的肌肉保持活动,而尾部肌肉则几乎没有活动
,而以与涡流的脱落频率(2.87 Hz)接近的频率(2.21 Hz)摆动,可见在卡门涡街中,鱼
类的动作有一大半是被动的顺着水流而行,减少了自身肌肉运动。
为了进一步验证鱼类在卡门涡街中多数的动作是被动的,廖教授进行了“死鱼对照实验”。
把刚死掉的虹鳟用线绑着拖曳在涡街区域,观察其动态(没错,死鱼没有在游泳啦!只是绑
在那边而已,又不是僵尸…)。结果显示,死鱼在涡街中产生类似活鱼的摆动模式,且尾巴
摆动的频率(2.77 Hz)与涡流的脱落频率更加接近(因为死鱼完全是随波逐流)。
不过死鱼毕竟是死的,无法像活鱼一样微调自己的肌肉来维持身体的稳定,容易产生翻滚和
不稳定的姿态,因此难以长时间在涡街中保持稳定。
比较死鱼跟活鱼在卡门涡街中的运动模式,证明了鱼类在卡门涡街中的运动至少有一部分是
被动被水推著走的,因此能够减少能量的消耗,主要花的力气是在微调动作于保持稳定方面

这就是搞笑诺贝尔物理奖“死掉的鳟鱼还能游多远”的研究真正的内容,老实说是挺正经的
,不过廖教授拿到这个奖,在颁奖典礼上也是笑得非常开心就是了!
作者: KultKlassiK (谐典)   2024-09-14 13:40:00
无聊当有趣
楼主: Hakase5566 (G8咖哩鸟)   2024-09-14 14:03:00
一楼是新人ㄇ

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