چرا پرندگان سرعت خود را کاهش می دهند: فیزیک فرود

توسط جسیکا مارش، دانشگاه منچستر

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

طبق تحقیقات جدید، پرندگان ممکن است همیشه مسیر پروازی را که فیزیک نشان می‌دهد، فرود بی‌نقص، با ایمن‌ترین و کمترین سرعت ممکن، با استفاده از کمترین انرژی است، طی نکنند.

بیشتر پرندگان هنگام ورود به زمین بال های خود را تکان می دهند، علیرغم اینکه پرواز با نیروی برقی که به انرژی بیشتری نسبت به سر خوردن نیاز دارد. اکنون، محققان دانشگاه منچستر از مدل‌سازی ریاضی برای کمک به توضیح علت استفاده کرده‌اند.

این مطالعه که در Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science منتشر شد، نشان داد که پرنده‌ای که بدون بال زدن پرواز می‌کند، از نظر تئوری می‌تواند به سرعت به صفر برسد. با این حال، این مانور به سرعت های نزدیک بسیار بالاتر و فضای بسیار بیشتری نسبت به پرندگانی که معمولا هنگام فرود استفاده می کنند، نیاز دارد.

برای یک پرنده به اندازه کبوتر، این مدل نشان داد که رسیدن به سرعت صفر مستلزم آن است که با بیش از دو برابر سرعت معمولی خود شروع کند، حدود 60 متر (197 فوت) افقی را طی کند و حدود 20 متر (66 فوت) صعود کند.

یافته‌ها نشان می‌دهند که دستیابی به کمترین سرعت تاچ داون ممکن است همیشه عملی نباشد. پرندگان ممکن است از بال زدن نه صرفا برای کاهش سرعت، بلکه برای انجام این کار در فضای محدود موجود در یک محیط فرود واقعی استفاده کنند.

این تحقیق همچنین بینش جدیدی را در مورد اینکه چرا برخی از پرندگان هنگام فرود بر روی سوف می‌چرخند و اینکه چگونه نیازهای فیزیکی فرود ممکن است به شکل‌گیری تکامل پرندگان کمک کرده باشد، ارائه می‌کند.

دکتر بن پارسلو، نویسنده اصلی، مدرس مهندسی هوافضا در دانشگاه منچستر، گفت: "پرندگان ممکن است فرود را بدون دردسر جلوه دهند، اما توقف ایمن یک چالش فیزیکی اساسی است. فرود به سادگی کاهش سرعت نیست. پرنده هر چه کندتر پرواز کند، کنترل آیرودینامیکی کمتری دارد، بنابراین باید راهی بیابد که در عین حال می تواند به طور ایمن سرعت خود را کاهش دهد. مدیریت این خواسته های رقیب هنوز به خوبی درک نشده است.

ما از مدل‌سازی ریاضی برای محاسبه این که چگونه پرنده‌ای که بدون بال زدن می‌پرد، می‌تواند سرعت خود را در هنگام تاچ داون به حداقل برساند، در حالی که کنترل لازم برای تکمیل مانور را حفظ می‌کند، استفاده کردیم.

با انجام این کار، ما توانسته‌ایم در مورد رویکردهای حرکتی که در برخی از پرندگان در حال نشستن دیده می‌شود، مانند پرندگان شکاری، بینشی به دست آوریم و به طور گسترده‌تر بفهمیم که چگونه نیازهای فیزیکی فرود ممکن است به شکل‌گیری تکامل آنها کمک کرده باشد.

این مدل‌سازی همچنین بینش جدیدی در مورد رفتارهای خیزشی که در برخی از پرندگان هنگام فرود بر روی صندلی‌ها مشاهده می‌شود، ارائه می‌کند.

تحقیقات قبلی روی شاهین های هریس نشان داد که پرندگان یاد گرفتند قبل از سر خوردن به سمت بالا و به سمت سوف، به زیر نقطه فرود هدف خود خم شوند. پیشنهاد شد که این مانور به آنها کمک کرد تا مسافتی را که پس از توقف بال‌هایشان طی می‌کنند، به حداقل برسانند، زمانی که کنترل آیرودینامیکی کاهش می‌یابد.

مدل سازی جدید نشان می دهد که این رفتار چیزهای بیشتری دارد. به نظر می رسد که مسیرهای فرود، تعادلی بین رسیدن به نشستن با سرعت کم و محدود کردن زمان توقف را نشان می دهد. محققان می گویند که به نظر می رسد سرعت تاچ داون تأثیر بیشتری بر رفتار swooping نسبت به آنچه قبلا مستند شده بود دارد.

فرود روی زمین چالش متفاوتی ایجاد می کند. بر خلاف دویدن و نشستن، پرنده ای که به زمین می آید نمی تواند مسیر خود را در زیر سطح فرود ادامه دهد یا از طریق مقصد خود به سمت بالا صعود کند.

این مدل‌سازی نشان داد که پرنده‌ای که بدون تکان دادن بر روی زمین فرود می‌آید، نمی‌تواند تمام سرعت خود را قبل از اینکه پاهایش به پایین برسند، از بین ببرد. بنابراین باید از بالها، پاها یا ترکیبی از هر دو برای مقابله با انرژی باقیمانده استفاده کند.

این امر نیازهای فیزیکی را بر بدن پرنده تحمیل می کند و به عضلات و استخوان های قابل توجه تری برای مقابله، به ویژه در پاها نیاز دارد. اما جرم اضافی می تواند عملکرد پرواز را کاهش دهد.

محققان پیشنهاد می کنند که این مبادله بین سبک بودن کافی برای پرواز کارآمد و قوی بودن برای فرود ایمن می تواند به شکل گیری تکامل پرندگان کمک کند.

محققان می گویند که همان اصول فیزیکی می تواند به توضیح چگونگی مدیریت سایر حیوانات پرنده در فرودهای بدون نیرو نیز کمک کند.

تام روتیه و همکاران، دینامیک پرواز و کنترل بهینه فرود پرندگان بدون نیرو، مجموعه مقالات انجمن سلطنتی A Mathematical Physical and Engineering Science (2026). DOI: 10.1098/rspa.2026.0103

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →