Rybárik - klinovitý zobák

Tvar zobáka dovoľuje rybárikovi ponoriť sa do vody bez šplechnutia.

Videli ste už rybárika chytať ryby? Pozrite si video, je to úžasné.

Rybáriky musia preniknúť do vody veľmi rýchlo, aby ulovili ryby, ale aj opatrne a čo najtichšie, pretože ryby sú citlivé a rýchle. Ako môžete vidieť na videu, rybáriky sú celkom úspešné. Ich tajomstvom je tvar ich zobáku!

Táto aktivita skúma, ako hladko prenikajú rôzne tvary do vody. Ktorý tvar podľa vás vytvorí najväčšie alebo najmenšie šplechnutie?

1. Pripravte si rôzne zastrúhané hrubšie ceruzky (s väčším priemerom) - nezastrúhaná, jemne zastrúhaná (oblý koniec) a ceruzka zastrúhaná podobne ako zobák rybárika.
2. Pripravte si veľké vedro vody (stačí 10 litrov) a naplňte ho do 2/3.
3. Predtým, ako žiaci hodia predmety do vody, požiadajte ich, aby predpovedali, čo spôsobí väčšie alebo menšie striekanie.
4. Požiadajte žiakov, aby sa dohodli na štandardnej výške na vypustenie ceruziek do vody (20 cm bude fungovať dobre). Navrhnite študentom, aby urobili krátke videá, aby mohli ľahko porovnať interakciu jednotlivých ceruziek s vodou (najlepšie budú fungovať spomalené videá).
5. Ak máme, môžeme si premietnuť spomalené zábery nárazov na vodnú hladinu. Vrátime sa k experimentu a spoločne sa zamýšľame nad základnými princípmi toho, ako fungujú hydrodynamické (aerodynamické) tvary.

Obrázok nižšie ukazuje koeficienty odporu rôznych objektov. Čísla ukazujú, ako ľahko môže objekt vstúpiť do nového prostredia, napr. zo vzduchu do vody. Čím menšie číslo, tým ľahšie sa objekt dostane do nového prostredia (zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient).

Zobák rybárika má perfektný hydrodynamický tvar. Od špičky sa postupne a rovnomerne rozširuje. To je hlavný dôvod, ktorý rybárikom umožňuje vniknúť do vody ticho s minimálnym rozčerením vody.

Postupne sa rozširujúci zobák rybárika vodu pri náraze pomaly rozdeľuje, namiesto toho, aby vodu naraz rozrazil. To umožní, aby voda rybárikovi vlastne uhla z cesty, namiesto toho, aby sa rozstrekla okolo a rozbúrila aj okolitú vodu. To by viedlo k nechcenému vyplašeniu rýb v celom okolí, a rybárik by zostal hladný.

Zaujímavosť: vedci skúmali špliechanie a hluk pri ponoroch všetkých 114 druhov rybárikov na svete. Rybárik riečny bol 6. najlepším potápačom v tomto zozname!

Učenie sa od tvaru zobáka rybárikov je jedným z najznámejších príkladov biomimikry. Japonskí inžinieri vyvinuli v 60. rokoch najrýchlejší vlak na svete s názvom Shinkansen Bullet Train. Bol rýchly ako blesk, ale keď vychádzal z tunela, spôsobil mimoriadne silnú hlukovú vlnu, keď vlak vytlačil vzduch z tunela. Eiji Nakatsu, hlavný inžinier, bol pozorovateľom vtákov a poznal schopnosti rybárikov. Eiji predpovedal, že keď on a jeho kolegovia vyskúšajú rôzne tvarovanie predku vlakov, model, ktorý sa najviac podobá zobáku rybárika, bude najtichší. Potom, čo bola predná časť vlaku prerobená do tvaru pripomínajúceho zobák rybárika sa ukázalo, že je oveľa tichší, spotreboval o 15 % menej energie na cestovanie a cestoval o 10 % rýchlejšie.

Možné prepojenie na vzdelávací prístup STEAM:

• Inžinierstvo: Štúdium hydrodynamického tvaru zobáka rybárika poskytuje výborný príklad pre inžinierske koncepty, najmä pri návrhu štruktúr s minimálnym odporom a efektívnym využitím energie. Identifikácia rozdielov medzi účinkami odporu vzduchu, odporu vody a trenia.
• Biológia: Výskum zobáka rybárika a jeho vplyvu na rozdeľovanie vody môže slúžiť ako príklad biomimikry, kde inžinieri a dizajnéri čerpajú inšpiráciu z prírody na vytvorenie inovatívnych riešení.
• Fyzika: Štúdium hydrodynamiky zobáka rybárika môže byť spojené s fyzikálnymi princípmi spojenými s odporom vody a jeho minimalizáciou pri pohybe objektu v tekutej látke.
• Ekológia: Skúmanie vplyvu zobáka rybárika na rozčereňovanie vody môže mať ekologický kontext týkajúci sa zachovania životného prostredia a minimalizácie vplyvu ľudskej aktivity na vodné ekosystémy.
• Technológia a Dizajn: Prípad Shinkansen Bullet Train ukazuje aplikáciu tvaru zobáka rybárika v technologickom a dizajnovom kontexte, kde efektívny dizajn vedie k zvýšenej efektívnosti a zníženiu energetickej spotreby.
• Pozorovanie a kladenie otázok o tom, ako sa rôzne zvieratá/organizmy prispôsobujú.
• Analýza výhod a nevýhod rôznych adaptácií/správ.
• Vytváranie hypotéz a ich overovanie jednoduchými pokusmi a poozrovaniami.
• Vyhľadávanie, interpretácia a použitie vedeckých dôkazov na zodpovedanie otázok.

• Ako je to s odporom vzduchu? Je to rovnaké ako pri vode?
• Viete, ako vyzerá kvapka vody, keď padá na zem?
• Dokážete uviesť príklady ďalších živočíchov, ktorých tvar tela je bezchybne prispôsobený životným podmienkam, v ktorých žijú?
• A čo nejaké ďalšie ľudské výrobky okrem Shinkanzenu?

• The Beak that Inspired a Bullet Train
• High Speed Train Inspired by the Kingfisher
• Jak tři ptáci pomohli zlepšit japonský Shinkansen