[閒聊] 死魚

作者: Hakase5566 (G8咖哩鳥)   2024-09-14 13:17:25
今年的搞笑諾貝爾物理獎頒給了美國佛羅里達大學生物系的James C. Liao教授,得獎的研
究是「死掉的鱒魚還可以游多遠」…
咦?死掉的鱒魚還可以繼續游啊...
這當然是頒獎單位為了製造效果所下的標題啦!其實廖教授做的研究是:「為什麼魚類可以
用很高的效率游泳」。得獎理由說的「死魚游泳」,主要是發表在2004年9月的「實驗生物
學期刊」(Journal of Experimental Biology),20年來廖教授持續這個問題的研究,一
直到今年都還有相關的論文發表。
我們小時候都有讀過「偉人看到小魚逆流而上,於是立志長大要當偉人,後來真的變成偉人
」的勵志故事,魚類在水中的游泳的能力確實令人驚奇。無論是逆流而上還是順水滑行,貌
似都能輕鬆駕馭水流。2004年這篇主要的獲獎文章,就是探討鱒魚在流體動力學中的「卡門
渦街」(Kármán vortex street)環境中,如何輕鬆的游泳,減少能量消耗。
卡門渦街是什麼呢?當流體經一個圓柱形障礙物時,會產生交替的渦流並且脫離障礙物兩側
,在後方形成一條渦流鏈,稱為「卡門渦街」,因為這一現象由物理學家卡門(Theodore v
on Kármán)所提出。
廖教授的研究顯示,魚類能夠巧妙地利用卡門渦街來提高游泳效率。他用一個有圓柱體障礙
物、可以調節水流速度的水槽來製造卡門渦街,然後把虹鱒放進去,發現鱒魚在渦街中會自
動調整游泳模式,得到更高的能量效率,這種模式稱為「卡門步態」(Kármán gait,當
然啦,魚類沒有腳,這裡所謂的「步」態指的是牠行進的姿態與動作)。
他用精密的肌電圖(EMG)記錄鱒魚在卡門步態中肌肉的活動狀態,發現「軸向」(前後向
)肌肉活動顯著減少,只有位於體長的前40%的肌肉保持活動,而尾部肌肉則幾乎沒有活動
,而以與渦流的脫落頻率(2.87 Hz)接近的頻率(2.21 Hz)擺動,可見在卡門渦街中,魚
類的動作有一大半是被動的順著水流而行,減少了自身肌肉運動。
為了進一步驗證魚類在卡門渦街中多數的動作是被動的,廖教授進行了「死魚對照實驗」。
把剛死掉的虹鱒用線綁著拖曳在渦街區域,觀察其動態(沒錯,死魚沒有在游泳啦!只是綁
在那邊而已,又不是殭屍…)。結果顯示,死魚在渦街中產生類似活魚的擺動模式,且尾巴
擺動的頻率(2.77 Hz)與渦流的脫落頻率更加接近(因為死魚完全是隨波逐流)。
不過死魚畢竟是死的,無法像活魚一樣微調自己的肌肉來維持身體的穩定,容易產生翻滾和
不穩定的姿態,因此難以長時間在渦街中保持穩定。
比較死魚跟活魚在卡門渦街中的運動模式,證明了魚類在卡門渦街中的運動至少有一部分是
被動被水推著走的,因此能夠減少能量的消耗,主要花的力氣是在微調動作於保持穩定方面

這就是搞笑諾貝爾物理獎「死掉的鱒魚還能游多遠」的研究真正的內容,老實說是挺正經的
,不過廖教授拿到這個獎,在頒獎典禮上也是笑得非常開心就是了!
作者: KultKlassiK (諧典)   2024-09-14 13:40:00
無聊當有趣
作者: Hakase5566 (G8咖哩鳥)   2024-09-14 14:03:00
一樓是新人ㄇ

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