Японские ученые из Университета Осаки раскрыли секрет исключительной скорости и маневренности дельфинов. Используя методы масштабного численного моделирования, исследователи проанализировали динамику водных потоков, возникающих при движении животного. Результаты работы, представленные в журнале Physical Review Fluids, указывают на то, что решающую роль в создании тяги играют крупные вихревые структуры.

В процессе плавания дельфин совершает интенсивные вертикальные движения хвостом. Это создает сложную турбулентную среду, в которой вода закручивается в вихри различных размеров. Долгое время оставалось неясным, как именно эти хаотичные потоки преобразуются в мощное поступательное движение.

Благодаря компьютерному моделированию авторам удалось детализировать структуру потока. Выяснилось, что основной «двигатель» дельфина – это масштабные вихревые кольца, возникающие сразу после взмаха хвоста. Именно они эффективно отталкивают водную массу назад, создавая реактивную силу, толкающую дельфина вперед.

Исследование также подтвердило наличие так называемого «энергетического каскада»: крупные вихри постепенно распадаются на более мелкие. Но ученые установили, что мелкие завихрения практически не влияют на скорость перемещения, выполняя лишь второстепенную роль.

Один из авторов исследования Ютаро Мотоори отметил, что применение суперкомпьютеров позволило буквально «разложить на атомы» турбулентный поток. Это помогло точно определить, какие именно элементы водной среды позволяют дельфинам достигать столь выдающихся гидродинамических показателей.