Ученые создали математическую модель бега животных

Группа ученых разработала математическую модель, демонстрирующую отдельные движения, которые совершают животные, передвигающиеся на четырех конечностях, при начале бега с места и резкой остановке. Подробно модель описана в статье в журнале Biology Letters. Вкратце о работе пишет портал ScienceNOW.

При трогании с места и наборе скорости для животного (как и для автомобиля) важно не перевернуться на спину. Производители машин разрабатывают различные приспособления, позволяющие им оставаться устойчивыми. Каким образом животные сохраняют равновесие при резвом старте или остановке, оставалось непонятным.

Разработанная авторами математическая модель показала, что наиболее устойчивыми среди животных, перемещающихся на четырех лапах, должны быть те, которые обладают наибольшим соотношением длины спины к длине конечностей. Модель актуальна для низких скоростей. Когда животное разгоняется, определяющую роль начинает играть сила мышц.

Модель также определяла предел скорости, которую может развить животное с тем или иным соотношением. До сих пор считалось, что этот предел определяется силой мышц бегуна.

Ученые проверили свою модель, анализируя видеозаписи срывающихся с места и резко останавливающихся лошадей при игре в конное поло и борзых. По словам исследователей, модель хорошо предсказывала реальное поведение животных.

Авторы считают, что их работа может оказаться полезной при оценке беговых качеств животных. Кроме того, разработанная модель будет полезна при изучении базовых принципов движения животных.

Физики увидели образование песчаных капель

Американские ученые установили, что сухой песок часто ведет себя как жидкость. В частности, им удалось увидеть образование настоящих капель, аналогичных тем, которые появляются в жидкости с небольшим поверхностным натяжением. Об этом сообщается в пресс-релизе Национального научного фонда, который финансировал исследование.

В рамках работы изучались тонкие потоки сыпучего материала в свободном падении. В качестве материала выступал песок или мелкие стеклянные шарики диаметром около 100 микрометров. Вместе с падающим потоком двигалась специальная камера, которая способна снимать видео с большим количеством кадров в секунду. Данная установка была разработана специально для исследования и обошлась создателям в 80 тысяч долларов. Видео процесса доступно здесь.

В результате исследователи установили, что поток гранул можно рассматривать как жидкость с очень малым поверхностным натяжением (примерно в 100 тысяч раз меньше, чем у обычных жидкостей). Кроме этого, ученые сравнили полученные данные с результатами измерений сил взаимодействия между частицами, выполненными при помощи атомно-силового микроскопа.

Им удалось установить, что эти силы, роль которых в предыдущих исследованиях считалась незначительной, очень важны. Небольшие изменения в характере взаимодействия частиц приводили к существенным изменениям в формировании капель. В настоящее время, однако, установить суть взаимосвязи ученые не смогли.

Новые результаты могут найти широкое применение в промышленности, где транспортировка и применение сыпучих материалов представляют значительные трудности. Например, результаты работы могут позволить контролировать количество гранул лекарства, которое засыпается в капсулы. В настоящее время во многих отраслях почти 60 процентов потерь и отходов связаны с принципиальным неумением людей работать с сыпучими материалами из-за отсутствия подходящей теоретической базы.