運動リズムがパワーとスピードを生み出す

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14018 (2023) この記事を引用

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この記事では、特定の動物 (カエル、平泳ぎの選手、ホバリング飛行する飛行士、クラゲ) がなぜ周囲の液体を急速に押してからゆっくりと前方に手を伸ばすのか、そしてこの推進のリズムが自然界におけるデザイン進化の普遍的な現象の現れなのかどうかという 2 つの疑問を取り上げます。 。 重点は、周期運動の駆動フェーズ（動力ストロークのフェーズ 1 と 2、散逸ストロークのフェーズ 3 と交互のシーケンス）中に、仕事が生成される移動時間の分布（フェーズ 1）にあります。そして消散します（フェーズ 2）。 フェーズ 1 とフェーズ 2 の特性時間 t1 と t2 の相対的な長さが予測されます。 提案されているサイクルの 3 つのフェーズの相対的な持続時間は「リズム」です。 この解析は、ストロークする身体部分の有効断面積が周囲の媒体、水、または空気にどのような影響を与えるか、およびフェーズ 2 と 3 での運動エネルギー損失を考慮するために必要な総電力のモデルに基づいています。周囲の媒体によってもたらされる力を引きずる。 体の構成 (四肢の断面) によって、平均パワーを最大化する四肢の速度と、原動力ストローク内の時間 t1 および t2 が決まります。 進化するデザインを自由に変更できることが重視されています。 自由は 2 つの方法で表されます。1 つはモデルの寸法とその変形を時間とともに変更する際の自由度の数、もう 1 つは進化的変化が身体の利用可能なスペースへのアクセスに及ぼす影響です。 移動設計を自由に変更できるため、パワーとスピードが向上します。

カエルや平泳ぎの選手は水を素早く押し戻し、ゆっくりと前に手を伸ばすことに気づいたでしょうか? また、プッシュ＆リーチ動作の後、最初の 2 つと同等の時間間隔で体が「滑る」ことにも気づきましたか? なぜこうなった？ このリズムと動物のデザインの進化と地球上での動きとの間にはどのような関係があるのでしょうか?

この記事では、理論に基づいてこれらの質問に根本的な方法で対処します。 この研究は、自然界における設計進化の物理法則、構成法則1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、に依存しているため、予測的です。 16、17、18、19。 まず、この記事で使用されている、運動、熱力学、流体力学、デザイン、モデル、スケール、自由、進化など、物理学、動物デザイン、工学の間に架け橋となる主な用語と概念を確認しましょう。

移動（人間の場合は輸送）とは、ある場所から別の場所へ移動する動物や人にアクセスできるようにする、目的を持った移動のことです。 動きは水中、陸上、空中の媒体に対して行われます。 動力は動きを駆動し、媒体によってもたらされる抵抗に対抗して動く物体が前進するにつれて、すべての力が消散します。 これは、一言で言えば、移動の熱力学です。

熱力学は流体力学よりも広い範囲です2。 熱力学とは、加熱 (therme、Gr.) と電力 (dynamis、Gr.) を意味します。 熱と動力の流れの間には、暖房を動力とその動力によって駆動される動き（エンジン、動物、乗り物と呼ばれます）に変換したり、動力と動きを加熱に変換したり（クーラー、冷蔵庫と呼ばれます）、巨視的な流れの構成（設計）があります。 、ブレーキ、消散器）。 「加熱」は、食物、燃料、エクセルギー、自由エネルギー、カロリー値などとして知られる測定可能な量を消費するプロセス (燃焼、代謝) から生じます。消費率 (代謝など) を、エネルギーのために生成される電力と混同しないでください。動き（移動など）を引き起こす。 2 つの間には、最初のものを部分的に 2 番目のものに変換するフロー設計があります。

熱力学に不可欠な要素であり、この記事では、流れの構成、設計、空間と時間における流れの動き、およびその進化について説明します。 進化とは、観察者が認識できる方向への変化に次ぐ変化を意味します。