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魚為什么生活在水里? 魚兒為什么會游( 二 )

魚兒水里


阻力理論和細長體理論(EBT)
阻力理論
這是英國物理學家杰弗里·泰勒在1952年提出的 。在阻力理論中，一個物體會被分成無窮小的部分，每個部分都會產生推力和阻力 。
當魚在波浪中運動時，垂直于魚體的阻力大于平行于魚體的阻力 。結果是一個平行方向的推力，也就是向前的方向 。
理論|來源:AIP發布
細長體理論
這是英國數學家詹姆斯·萊特希爾在1960年提出的 。它與以前的阻力理論完全不同 。他認為水的慣性是推動魚前進的主要力量 。
這使得魚作為一個平面，可以通過小幅度波動產生推力 。
這兩種理論的主要區別在于產生的電力類型 。
泰勒理論認為，使魚向前游動的力來自阻力，阻力的方向與魚的方向相反，但與物體的速度一致 。萊特希爾認為魚向前游動的力是由反作用力產生的，反作用力與力相反，與加速度一致 。
后來，北京計算機科學研究中心的一個團隊通過超級計算機模擬驗證了這兩個理論 。
后來發現兩種理論都是對的，只是魚不同而已 。
這主要和魚的形狀有關 。當細長的魚，如鰻魚波動時，軀干產生的阻力是最重要的，因為這部分力的作用相對平穩和均勻 。
模擬鰻魚的主要運動模式|來源:文獻1
至于鯖魚，這種普通的魚，在擺動的同時，也要依靠軀干的阻力，但尾鰭左右擺動產生的反作用力也很重要 。
模擬鯖魚的運動模式|來源:文獻1
簡單來說，魚越長，越依賴于軀干產生的力，魚越短，越依賴于尾鰭產生的力 。
把力量轉移到尾巴上的魚有一個缺點，那就是很容易失去橫向平衡，也就是說，一擺動尾巴就可能導致頭部擺動 。
對此，通過進化，鲅魚抬高了身體中部的垂直面，增加了軀干前部的重量(可以說是增加了配重)，增加了左右擺動的阻力，從而避免了游泳時的跑偏 。
雖然科學家們最終弄清楚了魚是如何游泳的，但他們并不了解魚游泳過程中能量是如何傳遞和利用的，這就是為什么直到現在，我們還沒有能夠創造出一個完美的仿生魚游泳裝置 。
雖然之前做的仿生魚可以模擬魚的游泳效果，但還是有很多問題:要么游得太慢，要么耗電太多，要么身體太大，要么結構復雜 。


各種仿生魚|來源:文獻2
游泳很容易看到，但即使是我們身邊常見的現象，也很難理解其中的原理，更難復制 。
在自然面前，人類的知識真的很少…

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