Собака как гармонический осциллятор

Текст: Павел Котляр/Infox.ru

С какой частотой должны трястись животные, чтобы отряхнуться от воды -- на такой злободневный вопрос попытались ответить ученые из университете в Атланте.

Многие владельцы собак, наблюдая за своими животными, задумывались над нехитрым, но эффективным механизмом, которым наградила зверей природа для удаления с шерсти влаги. Выходя из воды, собака начинает вертеть из стороны в сторону сначала головой, а потом и всем туловищем. Ученые под руководством Эндрю Диккенса из технологического университета в Атланте задумались, с какой частотой необходимо трястись собаке, чтобы высохнуть.

Ритуал отряхивания ученые записали на видео при помощи высокоскоростной камеры. Оказалось, что лабрадоры, как и большинство собак, совершают 4-5 колебаний в секунду. Причем, отдельные участки шерсти совершали колебания по синусоидальному закону, как у гармонических осцилляторов.

Цилиндрическая собака в вакууме

СправкаКолебательная система, в которой сила, возвращающая точку в положение равновесия, пропорциональна первой степени величины отклонения.

Ученые попытались разобраться, что происходит, когда волосатое животное совершает быстрые крутильные колебания. Нетрудно понять, что капли на шерсти животных удерживаются силами поверхностного натяжения. Чтобы оторвать капли, необходима определенная центробежная сила. И, по идее, у мохнатых животных разных размеров должна быть своя, присущая только им частота тряски. Элементарный расчет показывает, что частота, необходимая для отрыва капель воды, должна быть обратно пропорциональна квадратному корню из радиуса идеального зверя.

Чтобы выяснить, выполняется ли этот закон для больших и крохотных млекопитающих, ученые исследовали колебания других зверей. Перед камерой тряслись мыши, крысы, собаки, белки и медведи. Во всех экспериментах ученые оценивали средний радиус туловища животного и частоту его колебаний.

Оказалось, что большинство зверей неплохо «укладывается» на график предсказанной зависимости. Расхождение оказалось лишь в том, что частота обратно пропорциональна не R^0,5, а R^0,75. Самыми медленными трясунами оказались крупные звери с шерстяным покровом. Медведи совершают лишь 4 колебания в секунду. «Частота тряски асимптотически приближается к 4 Герцам по мере увеличения животных», -- заключили ученые.

По их мнению, для более качественного совпадения необходимо учитывать не только радиус туловища, но и длину шерсти. Однако эта гипотеза еще требует проверки.

Пока неизвестно, какое практическое применение извлекут последователи авторов из этой работы, однако, по мнению редакции Infox.ru, по крайней мере на одну премию ученые уже наработали.