Пингвиний тобогган
На фото — пингвины Адели (Pygoscelis adeliae) скользят на брюхе по снегу. Такой способ передвижения ученые назвали tobogganing — «катание на санях» (тобогган — бесполозные сани у североамериканских индейцев, а также зимний олимпийский вид спорта, предшественник скелетона). В интернете популярны ролики с пингвинами, которые внезапно падают на брюхо и начинают скользить по снегу или льду, отталкиваясь лапами. Причем они могут так не только катиться с горки, но и двигаться по ровной поверхности.
Пингвины идеально приспособлены для передвижения под водой, но на суше им приходится нелегко. Чтобы пройти заданное расстояние, они тратят в два раза больше энергии, чем другие животные аналогичной массы. Скорее всего, это связано с тем, что у пингвинов короткие лапки: нужно чаще шагать и быстро генерировать мышечное усилие. Скольжение на брюхе выглядит менее энергозатратным (хотя энергетический бюджет этого способа передвижения никто не изучал). Пингвин на брюхе и движется в два раза быстрее, чем при ходьбе (1 м/с против 0,5 м/с).
Чаще всего скользят на брюхе пингвины Адели и императорские пингвины (Aptenodytes forsteri). Им приходится от моря до мест гнездования преодолевать по сотне километров, поэтому они чередуют ходьбу со скольжением. Особенно помогает скольжение на свежем рыхлом снегу — при ходьбе в нем вязнут лапки, что усложняет и без того энергозатратную походку. Обтекаемая форма тела пингвинов, адаптированная для оптимального передвижения под водой, позволяет им легко скользить по поверхностям с низким коэффициентом трения. Они ложатся на живот и ногами попеременно толкаются вперед. Иногда могут помогать себе крыльями, например при подъеме на склон больше 15 градусов или на рыхлом снегу. Пингвины также могут скатываться на брюхе со склона, при необходимости тормозя лапами.
Императорские пингвины скользят на брюшках
У скольжения на брюхе есть и недостатки — можно поистрепать оперение. Поэтому после него нужно тщательно приводить перья в порядок. У императорских пингвинов контурные перья на брюшной стороне тела расположены более плотно, чем на спине (на 29–50%). Это может обеспечивать амортизацию при катании по неровному снегу и при приземлении на брюхо после выпрыгивания из воды. А также усиливать теплоизоляцию во время отдыха на льду.
Императорские пингвины скользят на брюхе. Фото © Ian Duffy с сайта flickr.com, Антарктида, 16 ноября 2009 года
Другие виды пингвинов, живущие в мире снегов и льдов, тоже могут скользить на брюхе, например когда встревожены. А обитатели более теплых широт иногда скользят брюхом по песку или камням.
Антарктический пингвин (Pygoscelis antarctica) передвигается на брюшке по рыхлому снегу, помогая себе крыльями
При нападении хищника пингвин может резко упасть на живот и быстренько ускользнуть. Так же можно поступить при уходе от излишне навязчивых папарацци.
Туристы фотографируют пингвина Адели. Фото © Eli Duke с сайта flickr.com, Антарктида, 8 ноября 2008 года
Фото © Rémi Bigonneau с сайта inaturalist.org, Антарктида, 6 ноября 2021 года.
Юлия Михневич
-
Опечаточка сразу бросилось: "тобогган — бесполозные саней"
А вот физика неясна: как в принципе можно сэкономить силы, двигаясь с трением о снег, по сравнению с трением о воздух?
Если речь идёт о скольжении с горки - очевидно, это легче, чем идти , но если по горизонтали!
Скорость движения лежа - это да, она может быть выше, чем ходьба, за счёт:
1) учащения "шагов"
2) увеличения длины шага (тут надо сообразить геометрию движений лап лежа и стоя)
Жаль нет тут видео с ходьбой - сравнить частоту шагов в том и другом случаях..
Но вот трудозатраты лежа должны быть выше, ибо
- массу тела нужно перемещать ту же самую,
- а в лежачем положении еще и силу трения о снег преодолевать.
Так что движение лежа, если говорить про горизонтальное, более энергозатратно в принципе, исходя из школьной физики.
Разве я не прав?-
При ходьбе нет трения при движении ног и тела вперёд, но зато каждый шаг содержит в себе толчок вверх и падение на опору. И в момент неупругого удара стопы об опору (а при ходьбе по снегу он именно такой) кинетическая энергия вертикального компонента движения просто рассеивается, расходуясь на нагрев опоры и стопы. При пингвиньей походке этот вертикальный компонент довольно значителен (в отличие от четвероногих зверей, у которых при шаге и рыси тело движется почти горизонтально); при этом для скольжения по снегу тело пингвинов приспособлено очень хорошо, и поэтому сила трения оказывается небольшой. Вот и получается, что пингвинам вполне может быть энергетически выгоднее именно скользить.
-
Вы не правы. Сила трения о поверхность не замещается трением о воздух. Не было бы трения лап о поверхность, пингвин барахтался бы на месте - хоть стоя, хоть лежа. Привлекая бытовые примеры, можно вспомнить, что человек эффективно использует силу трения скольжения обуваясь в коньки или вставая на лыжи. Да, механика тут несколько иная (на лыжах, например, активно работают руки, да и весь корпус), но само по себе скольжение отнюдь не более затратно. Скольжение позволяет единожды оттолкнувшись полностью утилизировать энергию толчка (с какими-то потерями на единицу расстояния). При передвижении "на двоих" часть энергии тратится, чтобы поднять массу тела для следующего шага. И дело, таким образом, не в трении скольжения вообще, а в том, насколько оно велико и насколько велики затраты на вертикальное ускорение при ходьбе.
-
О нет, я не отрицал трение при ходьбе, я лишь говорил, что лапками о снег пингвин в обоих случаях толкается, но лежа ещё добавляется трение брюшка о снег.
В целом мне понятно, что потряхивание жирком при ходьбе - трудозатратно...
но! Есть же жизненный опыт!
Он из раза в раз говорит, что все наши радостные скольжения - каток, лыжи - на практике всегда согревают. А ходьба - нет. Чтоб согреться нужно пробежаться. Из этого делаю вывод, что катания-скольжения энергозатратнее ходьбы, и сопоставимы с бегом как минимум трусцой.
Мне кажется это железобетонным аргументом.
В чем я неправ?-
А ходьба - нет. Мне кажется это железобетонным аргументом.
@
Попробуйте взвалить на плечи ж/б пасынок от опоры и медленно пройтись с ним метров так 100. Это и будет ж/б аргумент в вопросе о согреться.
Посмотрите, как бежит страус - ведь, никакой вертикальной компоненты нет. Ещё бы, птичка тяжелая. Эволюция даже потребовала от птиц, чтобы колени сгибались назад и в ногах появился лишний шарнир.
Минус статьи в том, что не показана кинематика пингвиньей ноги. Сколько там шарниров? Если мало, то и хождение малоэффективно, типа, как у шагающего экскаватора. -
"Потряхивание жирком" - дело десятое. Самое главное, повторюсь, что двуногая ходьба требует подъема центра тяжести для каждого шага. Можно сказать, что как раз для того, чтобы не тереться об поверхность. И работа, затрачиваемая на эти подъёмы, "пропадает" точно так же, как и работа, нужная для преодоления силы трения. Читал когда-то, не найду уже где, что человек при горизонтальной ходьбе на 1 км поднимает себя суммарно на 100 - 150 метров (и на столько же и спускает, естественно). А человеки, в отличие от пингвинов, хорошо оптимизированы для ходьбы, у вторых как бы не все 300 получилось. Для грубого сравнения скольжений и ходьбы можно представить скольжение по склону с уклоном, соответствующим отношению суммы подъёмов при шагах к пройденной дистанции. На 10% уклоне на льду на коньках человек однозначно поедет, а на снегу на лыжах - ситуация зависит от типа снега и лыж.
Что касается жизненного опыта, то источник Вашей ошибки - разные скорости движения. Скольжение на коньках надо сравнивать не с шагом, а с бегом (ведь вряд ли Вы катаетесь со скоростью пешехода). И жизненный опыт скажет Вам, что согреваетесь Вы в обоих случаях. На лыжах же, если идти со скоростью шага, то согревающего эффекта не помню, а если двигаться быстрее, то и сравнивать эффект надо опять же с бегом. И да, всё уже было измерено. Интернет-ссылки, насколько я помню, здесь не пропускают, но если наберёте в гугле "cost of transport as a funcion of speed for different types of human locomotion", то первой, скорее всего получите ссылку на картинку из диссертации некоего Dario Cazzola на Researchgate, показывающую, что и лыжи, и, тем более, коньки эффективнее ходьбы с точки зрения энергозатрат. И картинка и диссертация в свободном доступе. А сама диссертация, кстати, изучает "потряхивание жирком".
-
-
-
И за вопросы спасибо. Физику, я, конечно, объяснить не смогу. Но энергетику скольжения ученые и не изучали. Про экономию сил и энергии - это лишь предположение некоторых ученых. Коэффициент трения о снег, насколько я знаю, не очень большой. Но может статься, что скольжение - это просто удобно, можно чередовать активность, устал - поскользил, устал так - встал и пошел. Да и форма тела обтекаемая очень подходит для скольжения, и оперение гладкое.
Последние новости
Пингвины Адели шагают вразвалочку. Фото © Peter с сайта flickr.com, Антарктида, 19 ноября 2007 года