Войти
Ласты обычно функционируют как крылья, которые обеспечивают подъемную силу или тягу, или обеспечивают возможность управление или стабилизация движения в воде или воздухе A плавник - это тонкий компонент или придаток, прикрепленный к большему телу или конструкции. Ласты обычно действуют как крылья, которые создают подъемную силу или тягу или обеспечивают возможность управления или стабилизации движения при движении в воде, воздухе или другом жидкости. Ласты также используются для увеличения площади поверхности в целях теплопередачи или просто в качестве украшения.
Ласты впервые появились у рыб как средство передвижения. Рыболовные плавники используются для создания тяги и управления последующим движением. Рыбы и другие водные животные, такие как китообразные, активно двигаются и управляются с помощью грудных и хвостовых плавников. Во время плавания они используют другие плавники, такие как спинной и анальный плавник, для достижения устойчивости и улучшения маневрирования.
Плавники на хвостах китообразные, ихтиозавры, метриоринхиды, мозазавры и плезиозавры называются сосальщиками .
Ребра в форме фольги создают тягу при перемещении, подъем плавника приводит в движение воду или воздух и толкает плавник в обратном направлении. Водные животные получают значительный толчок, двигая плавниками вперед и назад в воде. Часто используется хвостовой плавник, но некоторые водные животные генерируют толчок от грудных плавников. Ласты также могут создавать тягу, если они вращаются в воздухе или в воде. Турбины и гребные винты (а иногда и вентиляторы и насосы ) используют ряд вращающихся ребер, также называемых крыльями, крыльями или лопастями.. Пропеллеры используют плавники для преобразования крутящего момента в поперечную тягу, таким образом приводя в движение самолет или корабль. Турбины работают в обратном направлении, используя подъем лопастей для создания крутящего момента и энергии от движущихся газов или воды.
Движущиеся плавники могут создавать тягу
Рыба получает толчок, перемещая вертикальные хвостовые плавники из стороны в сторону 
Китообразные получить толчок, перемещая горизонтальные хвостовые стабилизаторы вверх и вниз 
Скаты получают толчок от больших грудных плавников 
Судовой гребной винт 
Лопасти компрессора (лопасти) 
На этом гребном винте видны кавитационные повреждения 
Кавитация может быть проблемой при работе с мощными двигателями, приводя к повреждению гребных винтов или турбин, а также шум и потеря мощности. Кавитация возникает, когда из-за отрицательного давления в жидкости образуются пузырьки (полости), которые затем быстро и резко схлопываются. Это может вызвать значительные повреждения и износ. Кавитация также может повредить хвостовые плавники мощных плавающих морских животных, таких как дельфины и тунцы. Кавитация чаще возникает у поверхности океана, где давление воды в окружающей среде относительно низкое. Даже если у дельфинов есть возможность плавать быстрее, дельфинам, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывание кавитационных пузырей на их хвосте слишком болезненно. Кавитация также замедляет тунца, но по другой причине. В отличие от дельфинов, эти рыбы не чувствуют пузырьков, потому что у них костлявые плавники без нервных окончаний. Тем не менее, они не могут плавать быстрее, потому что кавитационные пузыри создают вокруг их плавников паровую пленку, которая ограничивает их скорость. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям.
Scombrid рыбы (тунец, макрель и скумбрия) являются особенно хорошими пловцами. Вдоль края в задней части их тел проходит линия небольших неубирающихся плавников без лучей, известных как плавники. Было много предположений о функции этих плавников. Исследования, проведенные в 2000 и 2001 годах Науэном и Лаудером, показали, что «плавники оказывают гидродинамическое воздействие на локальный поток во время устойчивого плавания» и что «самый задний плавник ориентирован так, чтобы перенаправлять поток в развивающийся хвостовой вихрь, что может увеличить тягу, создаваемую хвост плавающей макрели ".
Рыбы используют несколько плавников, поэтому возможно, что один плавник может иметь гидродинамическое взаимодействие с другим плавником. В частности, плавники непосредственно перед хвостовым (хвостовым) плавниками могут быть ближайшими плавниками, которые могут напрямую влиять на динамику потока в хвостовом плавнике. В 2011 году исследователи, использующие методы объемной визуализации, смогли создать «первые мгновенные трехмерные изображения структур следа, созданных свободно плавающими рыбами». Они обнаружили, что «непрерывные удары хвостом привели к образованию связанной цепочки вихревых колец» и что «следы спинного и анального плавников быстро увлекаются следом хвостового плавника, примерно в течение периода времени последующего удара хвостом».
Как только движение установлено, само движение может контролироваться с помощью использование других ласт. Лодки управляют направлением (рысканием) с помощью рулей в виде киля и креном с помощью стабилизаторов и килевых килей. Самолеты достигают аналогичных результатов с небольшими специализированными плавниками, которые изменяют форму их крыльев и хвостовых плавников.
Специальные плавники используются для управления движением
Рыбы, лодки и самолеты нуждаются в управлении тремя степенями свободы вращения 
Спинной плавник белой акулы содержит кожные волокна, которые работают «как оснастка, стабилизирующая мачту корабля», и динамически затвердевают, когда акула плывет быстрее, чтобы контролировать крен и рыскание. 
Хвостовой плавник акулы большая белая акула 
A руль направления корректирует рыскание 
плавник киль ограничивает крен и боковой дрейф 
Корабль стабилизирующие плавники уменьшают крен 
элероны управляющий крен 
Элеваторы управляющий шаг 
руль направления управляет рысканием стабилизирующие плавники используются как оперение на стрелках и несколько дротиков, а также в задней части некоторых бомб, ракет, ракет и самоходных торпед. Обычно они плоские и имеют форму небольших крыльев, хотя иногда используются решетчатые ребра. Статические стабилизаторы также использовались для одного спутника, GOCE.
Статические хвостовые стабилизаторы используются в качестве стабилизаторов
Fletching на стрелке 
Асимметричные стабилизирующие стабилизаторы придают вращение этой советской артиллерийской ракете. 
Обычные «плоские» ребра на ракете RIM-7 Sea Sparrow Технические ребра также используются в качестве ребер теплообмена для регулирования температура в радиаторах или радиаторах с ребрами.
Ребра могут регулировать температуру
Мотоциклы используют ребра для охлаждения двигателя 
Маслонагреватели конвект с плавниками 
парусник поднимает свой спинной плавник, чтобы охладиться или пасти стайную рыбу В биологии плавники могут иметь приспособительное значение как сексуальные украшения. Во время ухаживания самка цихлиды, Pelvicachromis taeniatus, демонстрирует большой и привлекающий внимание фиолетовый тазовый плавник. «Исследователи обнаружили, что самцы явно предпочитают самок с большим тазовым плавником и что брюшные плавники росли более непропорционально, чем другие плавники у самок рыб».
Украшение
Во время ухаживания самка цихлида, Pelvicachromis taeniatus, визуально привлекающий внимание фиолетовый тазовый плавник 
Спинозавр, возможно, использовал свой спинной плавник (парус ) в качестве демонстрации ухаживания 
Автомобильные хвостовые плавники в 1950-х годах были в значительной степени декоративными Изменение формы человеческих ног с помощью плавников, похожих на хвостовой плавник рыбы, добавляло тяги и эффективности пинам пловца или подводный дайвер ласты для серфинга предоставляют серферам средства для маневрирования и управления своими досками. Современные доски для серфинга часто имеют центральный плавник и два изогнутых боковых плавника.
Тела рифовых рыб часто имеют форму, отличную от рыб в открытой воде. Рыбы в открытой воде обычно созданы для скорости, обтекаемой, как торпеды, чтобы минимизировать трение при движении по воде. Рифовые рыбы обитают в относительно ограниченных пространствах и сложных подводных ландшафтах коралловых рифов. Поскольку эта маневренность более важна, чем скорость по прямой, поэтому рыбы коралловых рифов развили тела, которые оптимизируют их способность метаться и менять направление. Они перехитрили хищников, уклоняясь от трещин на рифе или играя в прятки вокруг коралловых голов. Грудные и тазовые плавники многих рифовых рыб, таких как рыба-бабочка, стрекоза и рыба-ангел, эволюционировали так, что они могут действовать как тормоза и позволять сложные маневры. У многих рифовых рыб, таких как рыба-бабочка, стрекоза и рыба-ангел, развились тела, которые имеют глубокие и сжатые с боков, как блины, тела, которые могут вписываться в трещины в скалах.. Их тазовые и грудные плавники устроены по-разному, поэтому они действуют вместе со сплющенным телом, чтобы оптимизировать маневренность. Некоторые рыбы, такие как рыба фугу, рыба-иглобрюх и хобот, используют грудные плавники для плавания и почти не используют хвостовые плавники.
Другое использование
Плавательные ласты добавляют толчки ногам человека пловца 
Ласты для серфинга позволяют серфингистам маневрировать досками 
В некоторых азиатских странах акульи плавники являются кулинарным деликатесом 
В последние годы автомобильные плавники превратились в высокофункциональные спойлеры и крылья 
Многие рифовые рыбы имеют грудные и тазовые плавники, оптимизированные для уплощения тела 
Лягушка рыбы используют свои грудные и тазовые плавники, чтобы ходить по дну океана 
Летучие рыбы используют увеличенные грудные плавники, чтобы скользить над поверхностью воды 
- Аристотель, De incessu animalium
Существует старая теория, которая имеет в учебниках по естествознанию часто не принималось во внимание, «что плавники и (позже) конечности произошли от жабр вымершего позвоночного». Пробелы в летописи окаменелостей не позволили сделать окончательный вывод. В 2009 году исследователи из Чикагского университета обнаружили доказательства того, что «генетическая архитектура жабр, плавников и конечностей одинакова» и что «скелет любого придатка на теле животного, вероятно, сформирован генетической программой развития, которую мы проследили до образования жабр у акул».
Рыбы - предки всех млекопитающих, рептилий, птиц и амфибий. В частности, наземные четвероногие (четвероногие животные) произошли от рыб и совершили свои первые набеги на сушу 400 миллионов лет назад. Они использовали парные грудные и тазовые плавники для передвижения.. Грудные плавники превратились в передние конечности (руки у людей), а тазовые плавники - в задние. Большая часть генетического механизма, который формирует ходячие конечности у четвероногих, уже присутствует в плавательном плавнике рыбы.
Сравнение между A) плавником рыбы с лопастными плавниками и B) шагающая нога тетрапода . Считается, что кости соответствуют друг другу и имеют одинаковый цвет. 
В ходе параллельной, но независимой эволюции у древних рептилий Ichthyosaurus communis появились плавники (или ласты), очень похожие на рыб (или дельфинов) В 2011 году исследователи из Университета Монаша в Австралии использовали примитивных, но все еще живых двоякодышащих ", чтобы проследить эволюцию мышц тазового плавника, чтобы выяснить, как развивались несущие задние конечности четвероногих.. " Дальнейшие исследования, проведенные в Чикагском университете, показали, что у идущих по дну двоякодышащих рыб уже развились характеристики походки наземных четвероногих.
В классическом примере конвергентной эволюции грудные конечности птерозавры, птицы и летучие мыши дальше независимыми путями эволюционировали в летающие крылья. Даже у летающих крыльев есть много общего с ходящими ногами, и основные аспекты генетической схемы грудного плавника были сохранены.
Около 200 миллионов лет назад появились первые млекопитающие. Группа этих млекопитающих начала возвращаться в море около 52 миллионов лет назад, замкнув круг. Это китообразные (киты, дельфины и морские свиньи). Недавний анализ ДНК предполагает, что китообразные произошли от копытных животных и имеют общего предка с бегемотами. Около 23 миллионов лет назад в море начала возвращаться другая группа медвежьих наземных млекопитающих. Это были печати. То, что стало ходячими конечностями у китообразных и тюленей, эволюционировало дальше, независимо в обратной форме конвергентной эволюции, обратно к новым формам плавательных плавников. Передние конечности превратились в ласты, а задние - в хвост, заканчивающийся двумя плавниками, что в случае китообразных называется двуусткой. Хвосты рыб обычно вертикальные и двигаются из стороны в сторону. Китообразные сосальщики расположены горизонтально и двигаются вверх и вниз, потому что у китообразных шипы изгибаются так же, как у других млекопитающих.
Ихтиозавры - древние рептилии, похожие на дельфинов. Впервые они появились около 245 миллионов лет назад и исчезли около 90 миллионов лет назад.
«Эта морская рептилия с наземными предками так сильно сблизилась с рыбами, что фактически развила спинной плавник и хвост в нужном месте и с правильным гидрологическим дизайном. более замечательны, потому что они произошли из ничего - земные рептилии-предки не имели горба на спине или лезвия на хвосте, которые служили бы предшественником ».
Биолог Стивен Джей Гулд сказал, что ихтиозавр был его любимцем пример конвергентной эволюции.
В 1990-х годах ЦРУ построило робота-сома по имени Чарли, чтобы проверить осуществимость беспилотных подводных аппаратов | Внешнее видео | |
|---|---|
 Сом Чарли - Видео ЦРУ | |
| AquaPenguin - Festo, YouTube | |
| AquaRay - Festo, YouTube | |
| AquaJelly - Festo, YouTube | |
| AiraCuda - Festo, YouTube |
Использование ласт для движения водных животных может быть чрезвычайно эффективным. Было подсчитано, что некоторые рыбы могут достигать пропульсивной эффективности более 90%. Рыба может ускоряться и маневрировать намного эффективнее, чем лодки или подводные лодки, и производит меньше волнения и шума. Это привело к биомиметическим исследованиям подводных роботов, которые пытаются имитировать передвижение водных животных. Примером может служить робот-тунец, созданный Институтом полевой робототехники для анализа и математического моделирования равномерного движения. В 2005 году в лондонском аквариуме Sea Life были представлены три роботизированных рыбки, созданных факультетом информатики Университета Эссекса. Рыба была разработана так, чтобы быть автономной, плавать и избегать препятствий, как настоящая рыба. Их создатель утверждал, что он пытался объединить «скорость тунца, ускорение щуки и навигационные навыки угря».
AquaPenguin, разработанный Festo из Германии, копирует обтекаемую форму и движение передних ласт пингвинов. Компания Festo также разработала AquaRay, AquaJelly и AiraCuda, имитирующие движение скатов, медуз и барракуд, соответственно.
В 2004 году Хью Херр из Массачусетского технологического института создал прототип биомехатронной роботизированной рыбы с живым исполнительным механизмом путем хирургической трансплантации мышц с лягушачьих лапок роботу. а затем заставляют робота плавать, пульсируя мышечные волокна электричеством.
Роботизированные рыбы предлагают некоторые исследовательские преимущества, такие как возможность исследовать отдельную часть конструкции рыбы отдельно от остальной рыбы. Однако это может привести к чрезмерному упрощению биологии и упустить из виду ключевые аспекты дизайна животных. Роботы-рыбы также позволяют исследователям изменять один параметр, например гибкость или конкретное управление движением. Исследователи могут напрямую измерять силы, что непросто сделать с живой рыбой. «Роботизированные устройства также облегчают трехмерные кинематические исследования и коррелированный гидродинамический анализ, так как можно точно знать местоположение локомоторной поверхности. Кроме того, можно запрограммировать отдельные компоненты естественного движения (например, обратный ход или шаг взмахивающего отростка) по отдельности, что, безусловно, трудно достичь при работе с живым животным. "
| Внешнее видео | |
|---|---|
| Роботизированная рыба для мониторинга загрязнения в портах YouTube | |
| Робот-рыба YouTube | |
| Робот-рыба YouTube | |
| Робот-акула YouTube | |
| Эволюция плавника доски для серфинга - YouTube |
