Тяга в: Что такое естественная тяга в трубе?

Что такое естественная тяга в трубе?

Простыми словами, тяга – это внешняя сила, которая обеспечивает приток воздуха в топку и движение продуктов горения по трубе. Она играет важную роль в работе печи или котла, поскольку отвечает за сгоранием всего топлива в топке и вывод продуктов горения наружу. Зависит от нескольких факторов, но об этом подробнее далее.

Тяга или разряжение бывает двух видов:

  • естественная – возникает за счет нагревания и остывания воздуха или продуктов горения;
  • принудительная – обеспечивается вспомогательными устройствами, например, вентиляторами или дымососами.

Если топка сложена правильно или верно подобран котел в случае покупки готовой конструкции, естественная тяга дымовой трубы будет достаточной силы, поэтому устанавливать дымососы или вентиляторы нет необходимости. Они требуют затрат электроэнергии, шумят во время работы и имеют другие недостатки.

Как возникает естественная тяга?

Естественная тяга – это физический процесс, в основе которого лежит сила Архимеда. Разряжение возникает за счет того, что плотность нагретого воздуха или продуктов горения значительно ниже, чем плотность холодного воздуха. Чем выше разница температур, тем больше сила, которая движет продукты горения по дымовым трубам. По этой причине разряжение внизу дымохода всегда больше, чем на выходе.

Воздух попадает в топку через колосник. Так называют решетку внизу топки, на которую укладывают дрова или другое топливо. В процессе горения он сильно нагревается. В современных котлах большая часть тепловой энергии передается на стенки, но при этом температура продуктов горения остается довольно большой. Это и способствует движению дыма по проходам.

Чтобы обеспечить эффективный отвод продуктов горения, создают столб плотного воздуха. Чем больше этот столб, тем выше тяга, поэтому рекомендуется устанавливать дымоходы длиной не менее 5 метров. В верхней точке разряжение равно нулю, поэтому продукты горения без проблем выходят наружу. В теплое время года разряжение хуже, поскольку разница температур внешней среды и дыма не значительная. Чем холоднее на улице, тем лучше тяга.

Чрезмерная или недостаточная тяга

Иногда естественная тяга котла имеет слишком большую силу. В результате кислород поступает в топку в больших количествах, что способствует повышению температуры горения. Чтобы обеспечить безопасное использование отопительных устройств, разряжение регулируют при помощи заслонок, шиберов и других вспомогательных устройств, которые позволяют уменьшать или увеличивать приток воздуха или отвод продуктов горения.

Неконтролируемая тяга может стать причиной пожара.

Если продукты горения движутся чрезмерно быстро. Стенки дымохода будут сильно нагреваться. Если в каких-то местах они соприкасаются с горящими материалами, может возникнуть возгорание. Произойти это может, например, на чердаке.

Недостаточная тяга создает не меньше проблем. При малом разряжении продукты горения будут не полностью удаляться наружу. Дым, а вместе с ним и опасный угарный газ, будет проникать в помещение. При обнаружении задымленности необходимо сразу принимать меры. Чтобы улучшить тягу, нужно почистить трубы от сажи и копоти, а также обеспечить доступ воздуха в топку. Для этого требуется прочистить колосники и поддувало. Собирающийся пепел снизу может препятствовать притоку воздуха.

Если эти меры не помогают, тогда стоит задуматься о футеровке. Гильзование нержавеющими трубами, полимерными руками или керамическими вкладышами позволит решить проблему. Дело в том, что трубы, используемые для гильзования, имеют гладкую поверхность.

Поскольку при движении продукты горения практически не сталкиваются с сопротивлением, они быстрее проходят по дымоходу и выводятся наружу. Шероховатая поверхность кирпича и кладочного раствора замедляет прохождение газов. К тому же в квадратном или прямоугольном сечении прохода могут возникать завихрении, которые также тормозят движение продуктов горения. Подобные проблемы не характерны для труб, применяемых для футеровки. К тому же на гладкой поверхности обычно не оседает сажа, которая также ухудшает тягу.

При правильном сложении топки, верно спроектированной системы дымоудаления естественная тяга дымохода будет иметь достаточную силу. Она сможет обеспечить эффективное сгорание топлива и безопасное отведение продуктов горения наружу.

Обратная тяга в дымоходе – причины, что делать?

Содержание:

Установив газовый отопительный прибор или очаг на твердом топливе, и соорудив дымоход, нужно быть готовым к тому, что однажды придется столкнуться с явлением обратной тяги. Обратная тяга в дымоходе – что делать рассмотрим в этой статье.

Откуда берется тяга

«Мы все учились понемногу…» Кто учился, тот знает, что движение воздуха обусловлено перепадами атмосферного давления, вызванного разностью температур. Тяга – это и есть разрежение, т. е. понижение давления воздуха, так как плотность теплого воздуха меньше плотности холодного. Что собственно и способствует движению воздушных потоков.

Данное явление имеет одинаковое действие как в окружающей среде, так и в рукотворных произведениях человечества. Например, для естественной вентиляции зданий.

Поскольку все функционирующие сооружения не герметичны, то возникающее разрежение за счет разницы температур воздуха внутри и снаружи, способствует вытеснению теплого и поступлению холодного. Для усиления эффекта обустраиваются вентиляционные каналы.

Тот же принцип используется в дымоходах, но здесь он проявляется ярче в силу образования продуктов сжигания, у которых температура значительно выше наружной.

Тягу в дымоходе можно измерить с помощью приборов или вычислить по формуле. Но это для специалистов. В быту мы определяем только наличие тяги.

Еще желательно знать, сколько убыло воздуха, вызванного тягой. Ведь какой объем удалился из помещения, такой должен и поступить. Такое правило позволяет осуществлять нормальную работу отопительных систем. Более того, можно регулировать тягу, тем самым повысив качество обогрева жилья и снизив затраты на отопление.

Определяем тягу

Исходя из опыта, знаем: перед отопительным сезоном нужно обязательно проверить тягу. Зажигаем спичку, подносим к топке и следим за пламенем: его отклонение подскажет направление тяги.

Если пламя горит ровно, значит, тяги нет.

В газоходах определение тяги своими руками происходит по той же схеме, только спичку гасим и подносим к очистному люку: дым укажет искомое направление. Еще для таких манипуляций можно использовать полоску тонкой бумаги.

Факторы тяги

На силу тяги влияет конструкция дымохода, поэтому внося изменения в конструкцию, можно добиться регулирование тяги. Разумеется, эти изменения вносятся на стадии проектирования или строительства. Это касается размещения дымохода – внутренний или наружный; материала; формы – круглая, квадратная или прямоугольная; сечения; протяженности горизонтальных участков. А вот высоту, дополнительное утепление, специальные приспособления можно изменить при неблагоприятных показателях тяги.

Есть еще группа факторов, на которые можно повлиять. Это относится к средней температуре в помещениях, время нахождения проживающих в доме, наличие приборов, потребляющих кислород – плита, утюг, калорифер, регулярность проветривания помещений.

И только на окружающую среду нет управы: ветер, атмосферное давление, температура, влажность, осадки. Но ей можно противостоять.

Причины обратной тяги

Ответ на вопрос, почему в дымоходе обратная тяга теперь становится очевидным. В природе много факторов, влияющих на силу разрежения. И всегда может наступить момент образования обратной тяги. Поскольку этот эффект является следствием, то необходимо найти причины обратной тяги в дымоходе.

  1. В первую очередь, это обусловлено конструкцией дымохода и схемой дымоотвода
  2. Несоблюдение правил монтажа отопительного прибора
  3. Неправильное применение строительных материалов
  4. Засорение дымохода
  5. Высота дымохода
  6. Нарушение естественной вентиляции
  7. Неблагоприятные погодные условия

Зная причины, не достаточно сказать, почему обратная тяга в дымоходе? Нужно знать, что ее спровоцировало. Первым делом для этого необходим визуальный осмотр дымоотводного канала.

Неувязки с конструкцией

Лучший дымоход – это прямой дымоход. Наличие горизонтальных и наклонных участков уменьшают тягу и благоприятствуют скоплению сажи.

Расположение дымохода у наружной стены сопряжено с более медленным прогревом, зато продукты сгорания будут охлаждаться быстрее, что приведет к образованию конденсата и уменьшению тяги. При морозах конденсат обычно замерзает.

Имеет значение форма дымохода. Круглая дымовая труба лучше квадратной. В прямоугольном дымоходе создается наибольшее сопротивление для продуктов сжигания.

Неправильный монтаж отопительного прибора

Для каждого типа отопительных приборов разработаны нормы установки, правила подключения к дымоходу, параметры показателей технических характеристик. От соблюдения соответствия параметров дымохода указанным характеристикам зависит тяга и эффективность работы отопительного прибора при горении и в состоянии естественной вентиляции.

Чем выше температура продуктов сжигания, тем сильнее тяга и тем больший объем воздуха нужен для горения. При недостатке или отсутствии подачи воздуха отопительный прибор будет забирать его из помещения, способствуя обратной тяги в дымоходе.

В отопительных приборах на твердом топливе с открытой топкой для предотвращения обратной тяги используют каминный зуб – уступ между топкой и дымосборником.

Выбор материалов

Каждый вид отопительных агрегатов лучше работает на определенных дымоходах. Для каминов и печей на твердом топливе годятся кирпичные и керамические дымоходы. Для газовых приборов подходят металлические дымоходы.

Дымоход из металла отлично работает в нагревшемся состоянии, но быстро становится холодным, создавая предпосылки для образования конденсата. Каменные и керамические дымоходы прогреваются медленно и медленно остывают, поддерживая тепло и тягу.

Внутренняя поверхность дымохода должна быть ровной. Выступающие кирпичи или раствор служат местом накопления сажи.

Дымоход или мусоросборник

Есть несколько причин засорения дымовых путей: отслоение штукатурки или выпадение кирпичей; попадание посторонних предметов, включая птиц; наслоение сажи. Состояние дымовых каналов надо проверять в начале отопительного сезона и при ухудшении тяги. Можно это делать с крыши через верх. А можно снизу, просунув зеркало в очистной люк.

Выше высоты

Дымоход должен иметь такую высоту, которая обеспечит оптимальные условия для создания хорошей тяги. Такая высота составляет не менее 5 м. Увеличение высоты увеличивает разрежение. Для отопительных приборов на твердом топливе это критично, потому что тепло будет «вылетать в трубу», к тому же увеличится потребление воздуха для горения. По высоте дымоход должен быть не ниже вентиляционного канала.

Дымоход должен располагаться выше конька крыши на полметра при удаленности от него до 1,5 м. При увеличении расстояния до 3 м дымоход не должен быть ниже конька. Кроме того, влияние будут оказывать стоящие рядом деревья и более высокие здания.

Нарушение естественной вентиляции

Постоянный отток воздуха по вентиляционному каналу и сжигаемый отопительным прибором кислород должны возмещаться через окна и двери. Если они герметичны, то приток воздуха будет затруднен, создавая разрежение. Достаточно открыть форточку для восстановления равновесия.

Внимание: При установке металлопластиковых окон для улучшения притока воздуха нужно смонтировать клапаны вентиляции.

На естественную вентиляцию будет влиять наличие кондиционера и кухонной вытяжки. Компенсировать потерю воздуха поможет устройство приточной вентиляции.

Устранение обратной тяги

В некоторых случаях, когда обратная тяга в дымоходе – устранение можно провести своими руками.

  • Это касается прочистки дымохода от сажи и удаление посторонних предметов. Понадобится ерш и гиря с тросом.
  • При недостатке воздуха нужно открыть окно на 10 минут для проветривания.
  • Дымоходы в наружной стене или выносные нуждаются в утеплении.
  • Иногда в сырую погоду или после длительного перерыва в работе отопительного прибора достаточно сжечь в топке кусок газеты для возобновления тяги.

Хорошим средством, исключающим возможность обратной тяги, является использование различных приспособлений. Это могут быть шиберные задвижки, дефлекторы (на фото), дымоходные флюгеры, дымовые вентиляторы.

Дефлектор всегда доступен в продаже. Цена колеблется от 550 до 3800 р. Производителем предоставляется инструкция по применению.

Безопасная и эффективная работа отопительных агрегатов возможна при наличии тяги в дымоходе. При первых признаках образования обратной тяги необходимо проверить дымоход и вентиляционные каналы. Поступление продуктов сгорания в дом чревато для здоровья и может угрожать жизни людей.

Тяга в дымоходе газовому оборудованию не нужна: южноуральцы доказывают это на собственных примерах

Жители Челябинской области на собственных примерах доказывают: тягу в дымоходе проверять вовсе необязательно. Газовики врут – газовое оборудование и без тяги прекрасно работает и последствий – практически никаких! Ну разве что… возможны отравление и летальный исход, но это же мелочь?

Порой нам кажется, что многие потребители надеются исключительно на «авось», пытаясь закрыть глаза на несложные правила газовой безопасности, самостоятельно закупоривая дымоходы, закрывая вентканалы мебелью. Но не каждый задумается, что вентиляция в квартире и дымоход в частном жилом доме – незаменимые элементы каждых помещений, в которых установлено газовое оборудование. Их основная роль – обеспечивать приток кислорода для горения природного газа и способствовать выведению опасных продуктов его сгорания из помещения.

Почему важно проверять тягу в дымоходе?

Челябинская область, к сожалению, в числе регионов-лидеров печальной статистики: ежегодно из-за отравления угарным газом погибает несколько человек, десятки оказываются на больничной койке. Из-за отсутствия тяги в дымоходе только за 2 зимних месяца 2014 года 3 человека погибли, 12 человек получили различные степени отравления угарным газом. В 2013 году всего произошло 10 инцидентов, пострадало 18 человек, 8 отравились угарным газом насмерть.

Практически во всех этих случаях потребители самостоятельно закрывали печные дымоходы в своих частных домах шибером или заслонкой, либо совершенно не следили за состоянием оголовков, на которых может скапливаться большое количество снега или наледи.

Угарный газ очень опасен и коварен – он оказывает отравляющее воздействие на наш организм. Он образуется при неполном сгорании природного газа, то есть при недостатке кислорода в помещении, когда нет тяги в дымоходе или вентканале и в дополнение к этому закрыты форточки. Поскольку угарный газ практически не имеет запаха, обнаружить его можно только по сопутствующим симптомам: у пострадавшего появляются головная боль, слабость, сонливость. В большинстве случаев опасный газ «настигает» жителей прямо во время сна – увы, они уже не просыпаются.

Кто отвечает за исправность дымоходов и вентканалов?

За проверку исправности дымоходов и вентканалов в частном доме отвечает потребитель, в многоквартирном – управляющая компания или ТСЖ при возложении на нее соответствующих полномочий собственниками квартир.

Просим обратить внимание, что при очередном проведении техобслуживания газового оборудования, установленного в квартире или частном доме, при отсутствии тяги сотрудники газовой компании имеют право приостановить газоснабжение. Выполнить работы по очистке дымоходов и вентканалов в частном доме потребитель может самостоятельно, либо с привлечением специализированной организации.

Когда проводится проверка дымоходов и вентиляционных каналов?

С привлечением специализированной организации, заключить договор с которой может сам потребитель (специалисты компании проведут не только диагностику состояния, но при необходимости также ремонт дымоходов и вентиляции):

1. впервые при газификации здания или установке нового газового оборудования,
2. при переустройстве и ремонте дымовых и вентканалов,
3. периодически в процессе эксплуатации: не реже 3 раз в год (за 7 дней до начала отопительного сезона, в середине, а также через 7 дней после его окончания),
4. при отсутствии тяги, выявленной в процессе эксплуатации газовых приборов, либо при проведении техобслуживания внутридомового или внутриквартирного газового оборудования.

Со списком лицензированных компаний, оказывающих услуги в вашем регионе, можно ознакомиться на сайте www.chelgaz.ru

 Самостоятельно, собственными силами:

1. для проверки тяги в вентканале приложите к решетке листок бумаги – он должен держаться самостоятельно,
2. для проверки тяги в дымоходе поднесите зажженную спичку – пламя должно «втягиваться» внутрь, а не потухать или наклоняться в обратную сторону.
3. проверять самостоятельно тягу необходимо до включения газового оборудования, а также периодически во время его работы,
4. при необходимости, но не реже одного раза в 3 месяца необходимо очищать дымоходы печи от сажи,
5. вентиляционные каналы запрещается использовать в качестве дымоходов,
6. при наличии печных горелок УГОП строго запрещается закрывать вьюшку или шибер печи.

Материал подготовлен ОАО «Челябинскгоргаз»

www.chelgaz.ru

Проверьте тягу в дымоходе


10. 04.2018

При эксплуатации газовых приборов проявляйте бдительность и ответственность

В последнее время снегопады и бураны еще раз напомнили нам об опасности, которая возникает в период зимнего отопительного сезона. Речь, конечно же, идет о многократном увеличении факторов, которые приводят к засорению дымоходов и вентиляционных каналов. На них часто образуются снежные шапки, сосульки, закупорки, происходит обмерзание и обледенение дымовых каналов. К чему это приводит? Это приводит к трагедии.

Согласно «Правилам пользования газом в части обеспечения безопасности при использовании и содержании внутридомового и внутриквартирного газового оборудования при предоставлении коммунальной услуги по газоснабжению» обязательным условием безопасного использования внутридомового и внутриквартирного газового оборудования является надлежащее содержание дымовых и вентиляционных каналов жилых помещений и многоквартирных домов.

Надлежащее содержание дымовых и вентиляционных каналов обеспечивается в многоквартирных домах - управляющей компанией, а в жилых домах - собственником. Для этого заключается договор со специализированной организацией, имеющей лицензию на проведение работ по ремонту дымовых и вентиляционных каналов.

Работники газовой службы могут приостановить подачу газа без предварительного уведомления в случаях:

  • отсутствия тяги в дымоходах и вентиляционных каналах;
  • отсутствия притока воздуха в количестве, необходимом для полного сжигания газа при использовании газоиспользующего оборудования.

Проверка состояния дымовых и вентиляционных каналов и при необходимости их очистка производится не реже 3 раз в год в течение отопительного периода.

Во избежание возможных несчастных случаев в это время собственникам жилых помещений необходимо обратить внимание на исправность отопительных приборов, состояние дымовых и вентиляционных каналов, наличие тяги. Признак хорошей тяги – равномерно горящее пламя синего или фиолетового цвета.

Причиной нарушения тяги могут стать завалы дымоходов, обмерзание оголовков труб, попадание в них посторонних предметов (птиц, обломков кирпичей, мусора). Поэтому перед каждым розжигом газового отопительного прибора или газовой колонки необходимо проверить тягу следующим образом: к смотровому окну газового прибора поднести полоску бумаги или газеты. Если полоска отклоняется в сторону смотрового окна газового прибора, то тяга есть. Если не отклоняется, то тяги нет.

Особенно опасно отсутствие тяги при эксплуатации печных горелок и газовых приборов с отводом продуктов сгорания в дымоход.

Владельцам газифицированных отопительных печей при их эксплуатации необходимо:

  • держать открытым шибер в печи;
  • не оставлять работающие приборы без присмотра;
  • отключать периодически газогорелочные устройства, чтобы не было перекала и разрушения кладки печей, дымоходов;
  • сообщать о неисправностях работы горелок на газовый участок по месту жительства.

При отсутствии тяги или при нарушении целостности дымоходов категорически запрещается пользоваться газовыми отопительными приборами и газовыми колонками, т.к. возникает опасность отравления угарным газом.

Еще раз напоминаем простые правила, пренебрежение которыми грозит большой бедой.

При пользовании газовыми приборами:

  • откройте форточку;
  • проверяйте тягу в дымоходах перед каждым розжигом и во время работы газовых водонагревателей, отопительных печей;
  • перед включением газифицированной печи не забудьте открыть шибер;
  • проверяйте наличие тяги в вентиляционных каналах;
  • не заклеивайте обоями решетку вентиляционного канала;
  • пользуясь колонкой, не закрывайте щель под дверью – это обеспечит доступ воздуха, необходимого для полного сгорания газа;
  • после окончания пользования газом закройте краны на газовых приборах и перед ними. На ночь и перед уходом из дома обязательно проверьте, отключены ли Ваши газовые приборы.

При проявлении первых признаков отравления угарным газом (ухудшении зрения, снижение слуха, болей в области лба, головокружения)
необходимо прекратить пользование газовыми приборами и перекрыть краны к приборам и на приборах. Открыть окна и форточки для проветривания помещения, вызвать аварийную газовую службу 04.

Помните, что наибольшее число несчастных случаев, со смертельным исходом, происходит при нарушении требований устройства и эксплуатации дымоходов. Необходимо быть постоянно бдительными и соблюдать меры предосторожности.

Помните: Угарный газ без цвета и запаха. При концентрации угарного газа до 0,32% у человека возникают паралич и потеря сознания (смерть наступает через 30 минут). При концентрации выше 1,2 % сознание теряется после 2-3 вдохов, человек умирает менее чем через 3 минуты.

По материалам газеты «Республика Башкортостан»

Нужна ли приватная тяга в железнодорожной сети? — Российская газета

Под конец года, при рассмотрении бюджета РЖД на 2021 год в правительстве неожиданно всплыл вопрос о частной тяге на железной дороге. Казалось бы, закрытый вопрос снова актуализировался. В связи с этим хотелось бы напомнить риски и плюсы этого решения.

Главных рисков четыре.

Первый. Неготовность правового поля. Частный вагонный парк эксплуатируется на сети железных дорог более 20 лет, а правовой статус оператора подвижного состава до сих пор полноценно не прописан. Это накладывает ограничения на дальнейшее развитие единственного рыночного сегмента с развитой конкуренцией.

Кроме того, имеются правовые недоработки в описании взаимодействия перевозчика, владельца инфраструктуры и операторов. В условиях, когда основной перевозчик и владелец инфраструктуры одно юридическое лицо, а операторы подвижного состава не заинтересованы в прозрачном правовом поле, ожидать разработки соответствующих правовых актов и согласования их на всех уровнях преждевременно.

Отметим, что мы говорим об устоявшимся сегменте с богатой историей.

Второй риск - технологический. Стопроцентный приватный вагонный парк выявил неготовность инфраструктуры к работе в новых условиях. Технология пропуска вагонопотоков на сети железных дорог не позволяет обеспечивать встречные большие потоки. Операторы заадресовывают вагоны не на ближайшие точки погрузки, а на доходные и только на своих клиентов. Таким образом, мы получаем сегодня нерешенную технологическую проблему, которая оказывает негативное давление на инфраструктуру.

Третий - конъюнктурный. Владельцы частной тяги естественным образом захотят работать на высокорентабельных направлениях, а направления и участки, которые не представляют коммерческого интереса, останутся у РЖД. Это приведет к перетеканию прибыли от монополии к операторам. РЖД ухудшит свои ковенанты, а бизнес получит сверхприбыль.

Фото: Александр Кряжев/РИА Новости

Четвертый риск - рост совокупных транспортных затрат для грузовладельца. При работе с инвентарным парком грузовладелец имел один договор. При приватном парке количество договоров равно количеству операторов, с кем взаимодействуют грузовладелец, плюс договор с РЖД.

При приватной тяге грузовладельцу нужно будет искать еще и локомотив? Или будет другая схема? С грузовладельцем надо обсуждать эти вопросы. Он инвестор и полноправный участник перевозочного процесса.

Означает ли, что указанные риски делают невозможным появление приватной тяги. Однозначно нет. Скажем больше - приватная тяга давно уже есть на сети железных дорог. Крупнейшие вагонные операторы владеют приватными магистральными локомотивами. И они сегодня являются прообразами будущих перевозчиков. Этот сегмент доходный, так как некоторые из них уже закупили новые локомотивы. И именно эти компании не спешат выводить сегмент приватной тяги из серой зоны. В настоящее время эти компании работают в приватной тяге на интересных им и доходных для них направлениях. За счет небольшого объема этого серого сегмента РЖД не чувствует на своих ковенантах этих участников. Так нужна ли приватная тяга в железнодорожной сети?

Конечно, нужна. Монополию подталкивают к снижению издержек, а локомотивное хозяйство - дорогостоящий комплекс. Только вот переход должен быть плавный и взвешенный.

На первом этапе - доработка правового поля. Необходимо определить четкие критерии участков, на которых можно рассматривать применение частной приватной тяги. Сегодня оптимально смотрятся участки в пределах одной (двух) железных дорог на однородной тяге (тепловоз, электровоз переменного тока, электровоз постоянного тока) с длинной плеча, равного времени работы локомотивной бригады.

Эти критерии позволят участвовать в создании сегмента приватной тяги более широкому кругу участников. Однородность тяги снижает порог выхода на рынок. А протяженность плеча позволит использовать локомотивные дома отдыха РЖД.

При этом, все вышеперечисленные условия должны быть отражены в соответствующих правовых актах, включая правовое, экономическое и технологическое взаимодействие. Критерии выбора и условия передачи линий и участков должны быть исчерпывающими и прозрачными.

В целом целесообразно в перспективе сохранить за РЖД только грузонапряженные магистральные направления, передав рокадные хода частным перевозчикам.

Повторимся, для соблюдения баланса интересов линии передавать целесообразно пакетом (одна доходная и одна или несколько бюджетных линий). Порядок расчета экономики такого пакета целесообразно утвердить на совете директоров РЖД. Это позволит оперативно его адаптировать к изменяющимся условиям.

Важным моментом пока остаются и точки передачи поездов от частных компаний к РЖД. Технологические карты требуют открытого обсуждения.

В условиях повышения уровня цифровизации многие процессы можно смоделировать и получить первые результаты и критические точки без экспериментов на сети.

Первым шагом к реализации вышеуказанных условий станет проведение конференции с участием РЖД, операторского сообщества, грузовладельцев, федеральных органов исполнительной и законодательной власти. Итоги конференции позволят оценить своевременность данного решения и дорожную карту на краткосрочную перспективу.

Только в режиме диалога всех участников перевозочного процесса можно запускать такие инструменты.

в чем причина. Обратная тяга вентиляции в квартире

Жители городских многоэтажек советской планировки, особенно владельцы квартир на верхних этажах, часто жалуются на плохую работу вентиляционной системы, и даже установка мощной вытяжки на кухне не приносит ожидаемого результата. Более того, во время работы вытяжки возникает обратная тяга в вентиляции, и в квартиру проникают посторонние запахи.

В чем причина? В неправильных расчетах воздухообмена при выборе вентиляционного оборудования.

В тесных городских жилищах с прочными входными дверями и герметичными пластиковыми окнами естественный воздухообмен значительно затруднен.

Вентиляция, установленная в санузле и на кухне, не способна справиться  с задачей. Проветрить комнаты можно только, открыв настежь окна.

Если в такой квартире установить вытяжку с высокой производительностью, она за несколько минут избавит помещение от загрязненного воздуха и посторонних запахов. Но если она и дальше будет продолжать работать, то при герметично закрытых дверях и окнах в квартире будет недостаточно воздуха для циркуляции.

Единственным источником воздуха станет вентиляционное отверстие в санузле или на кухне.  Из-за образовавшейся обратной тяги в квартиру будут поступать посторонние запахи с чердака и других этажей.

Для выявления проблем жители домов приглашают независимых специалистов, которые проверяют вентиляцию: специалисты подробно описывают существующие отклонения в работоспособности вентиляции, пишут общее заключение и дают рекомендации.

Чаще всего вентиляция дает обратную тягу из-за неправильной системы притока воздуха в комнату. Проблему могут усугубить герметичные пластиковые окна, которые совершенно не пропускают воздух в жилое помещение.

В Европе вопрос герметичных окон решается с помощью приточных клапанов.

Еще одной причиной обратной вентиляции квартире или частном доме может стать наличие лестницы в здании. Лестница представляет собой огромную трубу, способную менять направление потока воздуха в вентиляционных каналах: прямая лестница больше влияет на систему, чем изогнутая.

Самые распространенные причины возникновения обратной тяги таковы:

  1. Расположение трубы: если она располагается зоне ветровой тени от выступающих частей дома, нарушается циркуляция воздуха.
  2. Ветер, дующий в определенном направлении.
  3. Большое количество холодного воздуха и паров, скапливающихся в вентиляционных каналах и препятствующих движению тяги.
  4. Забивание вентиляционных каналов льдом и снегом.
  5. Скопление мусора и образование сажи.
  6. Сквозняки внутри больших помещений, неразделенных на отсеки.
  7. Некорректная работа вытяжки и вентиляторов.

Для устранения проблемы направления тяги применяются такие способы устранения, как:

  1. Выведение трубы за зону ветровой тени (или выше ее).
  2. Ремонт вентиляционной конструкции.
  3. Создание притока потоков воздуха с улицы.
  4. Прочищение каналов.
  5. Очистка каналов от снега и льда.
  6. Установка дверей, создание организованных потоков воздуха и другие варианты частичного изменения планировки помещения.

Покоряйте космос с конкурсом «Тяга в небо»

Ольга Сотникова: Покоряйте космос с конкурсом «Тяга в небо»

«РУСТИТАН» и «Авиасоюз» запустили творческий конкурс «Тяга в небо». С призывом участвовать к молодежи республики обратилась ректор СГУ им. Питирима Сорокина и член жюри Ольга Сотникова.

- В этом году исполняется 60 лет с того момента, как первый человек, советский космонавт Юрий Гагарин преодолел земное притяжение, взлетел выше всех и открыл дорогу в космос. Его путь повторили уже более 500 космонавтов из 35 государств. Каждый из них внес свой вклад в науку. Однако, космос столь велик и таит еще так много тайн, что всегда ждет новых исследователей и открытий. Наверняка среди молодежи Коми – учащихся школ, колледжей или вузов, есть те, кто знает много интересного о космосе и личности Юрия Гагарина и готов представить собственное творческое видение истории первого полета в космос. Редакция БНК, ГК «РУСТИТАН» и АВИАСОЮЗ России объявили старт конкурса творческих проектов «Тяга в небо». Авторы лучших работ отправятся в колыбель отечественной пилотируемой космонавтики – Звездный городок Московской области. Участвуйте в конкурсе. Мечтайте, творите и покоряйте космос, - призывает Ольга Сотникова.


К участию в конкурсе приглашаются школьники 9-11 классов, студенты ссузов и вузов республики. Можно присылать работы по пяти номинациям: рисунки и фотографии в свободном стиле с использованием любых материалов, стихотворения, прозаические рассказы и эссе (до 500 слов). Обязательный критерий всех работ – соответствие теме 60-летия полету Юрия Гагарина в космос.

Работы принимаются до 31 марта 2021 года. Их необходимо отправить в редакцию БНК на электронный адрес [email protected] с пометкой «Тяга в небо» или по почтовому адресу: 167000, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Куратова, 73/4. Вопросы, касающиеся конкурса, можно задать по телефону: +7(904)1064731, Елизавета Морохина.

Победителей творческого конкурса назовут в День космонавтики – 12 апреля. Весной 2021 года она отправятся в Центр подготовки космонавтов имени Ю.А.Гагарина в Звездном городке. Все работы, отмеченные жюри, будут опубликованы на сайте и в социальных сетях агентства БНК. Лучшие работы отправятся в Центр подготовки космонавтов и в Роскосмос.

Положение конкурса

Бланк согласия на обработку персональных данных

***

Организаторы конкурса «Тяга в небо»: ГК «РУСТИТАН», АВИАСОЮЗ России, информационное агентство БНК.

Определение тяги по Merriam-Webster

\ ˈThrəst \

переходный глагол

1 : толкать или гнать с силой: толкать

2 : заставить что-то проникнуть или проткнуть, как будто толкая воткнуть кинжал ему в сердце

5а : принудительно поставить (кого-то, например, не желающего) на курс действий или положение был брошен на работу

б : часто неправильно вводить в позицию: вставлять

6 : давить, принуждать или навязывать кому-либо принятие возложить на нее новые обязанности

непереходный глагол

1а : взломать вход или проход

б : толкать вперед: нажимать вперед

2 : наносить укол, колоть или делать выпад острым оружием или как будто бы им колоть их ножом

1а : толчок вперед или вверх

б : движение (как группа людей) в указанном направлении

2а : существенный или существенный элемент или значение суть аргумента

б : основная проблема или цель главный упор плана - испытания - Райан Лизза

3а : сильное постоянное давление

б : боковая сила или давление одной части конструкции на другую часть (как арка против упора)

c : сила, создаваемая пропеллером, реактивным или ракетным двигателем, который движет транспортное средство (например, самолет) вперед.

d : почти горизонтальный геологический разлом

4а : толчок или выпад острым оружием

б (1) : словесная атака

(2) : военное нападение

Что такое тяга?

The banner informs younger students of the Kid's Page">
Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ.Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

Тяга - это сила, которая перемещает самолет по воздуху. Тяга используется для преодоления тащить самолета, и преодолеть масса ракеты. Тяга создается двигателями самолета. через какой-то двигательная установка.

Тяга - это механическая сила, поэтому силовая установка должна находиться в физическом контакте с рабочим телом для создания тяги. Тяга возникает чаще всего через реакция ускорения масса газа. Поскольку тяга - это сила, это векторная величина имеющий как величину, так и направление. Двигатель делает Работа на газу и разгоняет газ в заднюю часть двигателя; тяга создается в противоположном направлении от ускоренного газа. Величина тяги зависит от количества газа, который ускоряется и на разница в скорости газа через двигатель.

Физика, участвующая в создании тяги, представлена ​​в в средней школе и довольно подробно учился в средней школе и колледже. Чтобы ускорить газ, мы должны израсходовать энергия. Энергия выделяется в виде тепла при сгорании немного топлива. Уравнение тяги описывает как ускорение газа создает силу.Тип двигателя, используемого на самолете, может варьироваться от самолета к самолету и каждое устройство создает тягу по-своему. Мы будем обсудить четыре основные двигательные установки на этом веб-сайте; в пропеллер турбина или реактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, а также ракета.

Вы можете просмотреть короткий кино из "Орвилла и Уилбура Райтов" обсуждают силу тяги и как это повлияло на полет их самолета.Файл фильма может можно сохранить на свой компьютер и просмотреть как подкаст на проигрывателе подкастов.


Действия:

Экскурсии
  • Силы на самолете:
  • Силовые установки:

Навигация. .


Руководство для начинающих Домашняя страница

Определение и значение тяги | Словарь английского языка Коллинза

Примеры "толчка" в предложении

тяга

Эти примеры были выбраны автоматически и могут содержать конфиденциальный контент.Подробнее…Он потерял тягу в двигателях.

Times, Sunday Times (2016)

Англия будет переведена прямо на конкурентную основу.

Times, Sunday Times (2017)

Мы потеряли тягу в обоих двигателях.

Times, Sunday Times (2016)

Я улыбнулся, просто глядя, как смыкаются руки струнных исполнителей.

Times, Sunday Times (2016)

Небольшая организация, насчитывающая около 27 000 членов, оказалась в центре внимания благодаря своей работе, представляющей рабочих-металлистов.

Times, Sunday Times (2016)

Был ли ваш образ жизни защищенным или вы постоянно оказывались в центре внимания?

Мэнсфилд, Патрисия Почему я боюсь быть напористой? (1994)

Настоящая суть этой книги - это призыв к изменению законов о наркотиках.

Times, Sunday Times (2015)

Переместите вес между ног на высоту головы, используя мощные толчки от бедра.

The Sun (2012)

Будет потеряна некоторая управляемость и тяга, но добавится дополнительный щелчок.

Times, Sunday Times (2012)

Остальным были нанесены ранения в голову и укол в спину.

Дайан Пуркисс Гражданская война в Англии: история народа (2006)

Подробнее ...

На самом деле спектакль происходит на приподнятой сцене, выступающей с одного конца помещения.

Times, Sunday Times (2010)

Это привело к отсутствию тяги двигателей и обоих комплектов шасси.

Times, Sunday Times (2013)

Офицеры заявили, что в мужчину воткнули большой нож, прежде чем он был расчленен.

Солнце (2009)

Он продвигался вперед и заслужил свою цель.

Солнце (2008)

Молодым мужчинам сложно попасть в центр внимания.

Times, Sunday Times (2010)

Здесь линии часто имеют реальный поворот и тягу.

Times, Sunday Times (2008)

Каждый персонаж вызывает сочувствие и отталкивает его.

Times, Sunday Times (2013)

Теперь ему предстояло устроить одну из самых физически изматывающих должностей в правительстве.

Times, Sunday Times (2011)

У него пропала тяга в двигателях.

Солнце (2009)

Но именно ее роман с женатым футболистом в прошлом году снова привлек ее внимание.

The Sun (2012)

Без указания скорости полета пилот рискует применить слишком большую или слишком маленькую реактивную тягу.

Times, Sunday Times (2009)

Держите руки прямыми, затем поднимите вес между ног на высоту головы. используя силовые толчки от бедра.

Солнце (2012)

В конце он окажется в центре внимания.

Times, Sunday Times (2006)

Если бы они применили дополнительную тягу, самолет мог бы вырваться из-под контроля, разорвав его на части в турбулентности.

Times, Sunday Times (2009)

Вы можете просто увидеть мысленный процесс, с помощью которого они вычисляют, сколько толчков при приседаниях потребуется, чтобы отработать каждую подушку из теста.

Times, Sunday Times (2015)

толчок - WordReference.com Словарь английского языка


Преобразование 'thust' (v): (⇒ сопряженное)
thrusts
v 3-е лицо единственного числа
thusting
v pres pverb, причастие настоящего времени: глагол -ing, используемый описательно или для образования прогрессивный глагол - например, « поет, птица», «Это поет,
тяга
v пастырь, простое прошедшее время: прошедшее время - например,« Он видел человека ».« Она засмеялась . »
тяга
в прошлом pverb, причастие прошедшего времени: форма глагола, используемая описательно или для образования глаголов - например, « заперта, дверь», «Дверь была заперта на ».

WordReference Словарь американского английского для учащихся Random House © 2021
thust / θrʌst / USA произношение v.
  1. нажимать с силой;
    push: [~ + объект] Он пробивался сквозь толпу. [Нет объекта] Она пробивалась сквозь толпу, пока не оказалась рядом с ним.
  2. , чтобы заставить принять: [~ + object] Он продолжал вмешиваться в разговор.

н.
  1. [исчисляемый] акт или случай укола;
    выпад или удар, как мечом.
  2. Механика: сила, создаваемая винтом и т. Д. Для приведения в движение ракеты, корабля и т. Д.: [Unsountable] Двигатель с ледяным покрытием не смог развить достаточную тягу.
  3. суть: [счетный; обычно единственная] суть его аргумента.
  4. Военные [исчисляемо] Военное нападение или нападение;
    наступление.

WordReference Random House Полный словарь американского английского © 2021
thust (thust), произношение в США в. , тяга, • тяга, н.

    в.т.
    1. принудительно толкать;
      пихать;
      толкать или гнать с силой: он пробивался сквозь толпу.Она воткнула кинжал ему в спину.
    2. смело заявлять или навязывать принятие: вовлечь себя в разговор между другими; засунуть доллар в руку официанта.
    3. продлить;
      настоящее время: Он выставил кулак перед моим лицом.
    4. [Архаич.] Чтобы пронзить или пронзить, как мечом: Она ударила его в спину кинжалом.

    в.
    1. толкнуть что-нибудь.
    2. , чтобы протолкнуться или пробиться через препятствия или сквозь толпу.
    3. , чтобы нанести укол, выпад или нанести удар по чему-либо.

    н.
    1. акт или случай укола;
      насильственный толчок или толчок;
      выпад или удар.
    2. выпад или удар, как мечом.
    3. Механика: Линейная реактивная сила, прилагаемая гребным винтом, пропульсивными газами и т. Д. Для приведения в движение корабля, самолета и т. Д.
    4. Геология - деформация сжатия земной коры, которая в своем наиболее характерном развитии вызывает взбросные или надвиговые разломы.
    5. суть, цель или суть: Суть его речи заключалась в срочном призыве к голосованию.
    6. Машиностроение [Мах.] Толкающая сила или давление, оказываемое предметом или частью на смежный предмет.
    7. Архитектура: сила направленная вниз и наружу, создаваемая аркой с каждой стороны.
    8. организованное военное нападение;
      штурм;
      наступление.
    • Древнескандинавский thrȳsta для удара, силы, пресса
    • Среднеанглийский thrusten, thrysten (глагол, глагол) 1125–75

    Краткий английский словарь Коллинза © HarperCollins Publishers ::

    thust / θrʌst / vb (толчки, толчки, толчки)
    1. (переходный) толкнуть (кого-то или что-то) с силой или внезапной силой: она оттолкнула его, она сунула его в огонь
    2. (переходная), чтобы заставить или наложить на (кого-то) или в (какое-то состояние или ситуацию): они возложили на нее дополнительные обязанности, она оказалась в центре внимания
    3. (переходный), за которым последовало: пронзить; удар
    4. (intr; обычно следует через или внутрь), чтобы форсировать проход или вход
    5. (непереходный), за которым следует at: нанести удар или нанести удар (человеку или предмету)
    n
    1. сильный толчок, толкание, удар или выпад
    2. сила, особенно та, которая производит движение
    3. движущая сила, создаваемая давлением жидкости или изменением количества движения жидкости в реактивном двигателе, ракетном двигателе и т. д.
    4. аналогичная сила, создаваемая пропеллер
    5. давление, которое непрерывно оказывает одна часть объекта, конструкции и т. д. на другую, особенно осевое усилие на валу или на валу
    6. сила, толчок или привод
    7. важнейшая или наиболее сильная часть: суть аргумента
    Этимология: XII век: из древнескандинавского thrysta; относится к латинскому trūdere; см. вторжение

    ' thust ' также встречается в этих записях (примечание: многие из них не являются синонимами или переводами):

Механика, подобная аэродинамическому профилю, создает давление на переднюю часть тела плавающих рыб

Значение

Многие рыбы имеют тела в форме аэродинамического профиля с низким сопротивлением, с закругленной передней кромкой и плавно сужающейся задней частью, и движутся как аэродинамический профиль. под небольшим углом.Эта форма снижает сопротивление, но ее значение для создания тяги рыбами экспериментально не исследовалось. Количественно оценивая давление и силы на поверхности тела во время плавания, мы обнаруживаем, что форма и движения передней части тела позволяют рыбам производить тягу так же, как колеблющийся аэродинамический профиль. Эта работа помогает нам понять, как обтекаемая форма тела рыб способствует не только снижению сопротивления, но и непосредственно движению, и, количественно связывая форму и функции, приводит к более полному пониманию эволюции и экологии рыб.

Abstract

Передняя часть тела многих рыб имеет форму крылового профиля, повернутого на бок. Имея осциллирующий угол к направлению плавания, такой аэродинамический профиль испытывает отрицательное давление как из-за своей формы, так и из-за движений по тангажу. Это отрицательное давление действует как сила тяги на переднюю часть тела. Здесь мы применяем подход с высоким разрешением, основанный на давлении, чтобы описать, как две рыбы, синежаберная солнечная рыба (Lepomis macrochirus Rafinesque) и ручьевая форель (Salvelinus fontinalis Mitchill), плавающие в режиме Carangiform, наиболее распространенном режиме плавания рыб, создают тягу. на их передних телах, используя передовую механику всасывания, очень похожую на аэродинамический профиль.Эта механика контрастирует с той, о которой ранее сообщалось у миног - угловатых пловцов, - которые создают тягу с отрицательным давлением, но делают это посредством волнообразной механики. Тяга, создаваемая на переднюю часть тела этих пловцов в форме панциря за счет отрицательного давления, составляет 28% от общей тяги, создаваемой над телом и хвостовым плавником, существенно уменьшая чистое сопротивление передней части тела. Что касается задней части тела, то небольшие различия в форме тела и кинематике позволяют форели производить больший толчок, чем синежаберцы, что позволяет предположить, что они могут плавать более эффективно.Несмотря на большое филогенетическое расстояние между этими видами и различия в области хвоста, профили давления вокруг передней части тела схожи. Мы предполагаем, что такая механика, подобная аэродинамическому профилю, очень эффективна, потому что она требует очень небольшого движения и, следовательно, относительно небольшой активной мышечной энергии, и может использоваться широким кругом рыб, поскольку многие виды имеют тела соответствующей формы.

Давно известно, что форма многих рыбок напоминает обтекаемое тело (1⇓⇓ – 4).В частности, двумерное (2D) горизонтальное поперечное сечение многих рыб похоже по форме на современные профили аэродинамического профиля, предназначенные для минимизации лобового сопротивления (3). Поскольку почти все аспекты жизни рыбы зависят от того, насколько хорошо она плавает, было высказано предположение, что эта форма представляет собой эволюционную оптимизацию для минимизации сопротивления для экономичного плавания (1). В целом, плавание связано с эволюцией форм тела и движений рыб (5⇓⇓⇓⇓ – 10). Для рыб, которые быстро плавают или мигрируют на большие расстояния, может быть важна даже небольшая экономия энергии.

Однако, наряду с уменьшением лобового сопротивления, аэродинамический профиль может непосредственно создавать движущие силы в силу своей формы и эффекта, называемого всасыванием на передней кромке. Из-за своей формы аэродинамический профиль будет создавать положительную (выше окружающей среды) точку торможения давления возле своей передней кромки, когда поток разделяется и движется вдоль любой стороны крыла (3, 4, 11, 12). Затем аэродинамический профиль создает отрицательное (ниже атмосферного) давление на большей части своей длины (рис. 1B, аналогично усредненному по времени давлению на рис.1А) (3, 4, 11⇓ – 13). Поскольку давление создает силу, перпендикулярную поверхности, отрицательное давление вдоль передней части фольги (от ~ 5 до 40% на рис. 1 A и B) будет способствовать толчению, поскольку поверхность там наклонена вперед (показано на рис. 1B). ) (4, 11, 14). Аэродинамические поверхности также создают тягу в своих передних областях за счет всасывания на передней кромке, когда они находятся под углом к ​​потоку (12, 15, 16). Когда профиль расположен под углом, точка торможения и область положительного давления не находятся непосредственно на вершине профиля (рис.1 А и В) (15, 16). Когда положительное давление отклоняется в одну сторону, отрицательное давление перемещается вперед, чтобы действовать более кпереди на противоположной стороне (сравните рис. 1 B и C) (15, 16). Эта область отрицательного давления, расположенная рядом с обращенными вперед поверхностями возле передней кромки аэродинамического профиля, действует как локальные силы с небольшими компонентами тяги в механизме, называемом всасыванием передней кромки (рис. 1C) (11, 12, 14⇓ – 16).

Рис. 1.

Физическая механика крыловых профилей. (A) Коэффициент давления ( CP ) вдоль одной стороны аэродинамического профиля NACA 0015 с закругленной передней кромкой по тангажу при пониженной частоте 0.2, средний угол атаки около 0 ° с амплитудой ± 5 ° (13). Цвета обозначают мгновенные профили давления, а жирная черная линия представляет усредненное по времени среднее значение. (B) Градиенты давления вокруг аэродинамического профиля (здесь статические при угле атаки 0 °) действуют перпендикулярно поверхности и могут вносить вклад в силы тяги или сопротивления в зависимости от ориентации поверхности. (C) Всасывание по передней кромке происходит, когда наклонные движения аэродинамического профиля смещают точку торможения и положительное давление в одну сторону, позволяя отрицательному давлению действовать более кпереди на противоположной стороне (11, 12, 14⇓ – 16).Для ясности на B и C показаны только силы отрицательного давления на одной стороне аэродинамического профиля.

Если тело рыбы похоже на крыловидный профиль, повернутый на бок, то можно ожидать, что передняя часть тела может аналогичным образом производить тягу из-за своей формы и движений. Для рыб, которые плавают, в основном волнообразно изгибая заднюю половину своего тела или меньше, образуя различные формы, широко классифицируемые как «панцирные», характерно, что тела имеют форму крыльев. Однако, хотя давно было признано, что аэродинамическая форма пловца в форме крестовины имеет решающее значение для уменьшения сопротивления (1, 4, 14, 17, 18), в частности, из-за сужающейся задней части тела, которая помогает предотвратить разделение потока (3 , 11, 12, 19), возможность создания тяги на передней части тела плавающей рыбы экспериментально не исследовалась.Некоторые предыдущие исследователи предположили, что рыба может извлечь выгоду из этого эффекта, поскольку местный толчок значительно снижает воздействие чистого сопротивления, ожидаемого на переднюю часть тела пловца в форме панциря (20). Действительно, в вычислительных моделях можно увидеть области отрицательного давления на переднюю часть тела (21, 22), но этот эффект никогда не изучался систематически или на живых рыбах. Поэтому мы использовали недавний набор инструментов (23, 24) для количественной оценки давления и сил, возникающих во время плавания для двух видов рыб, у которых оба имеют форму крыльев переднего тела, синежабровой солнечной рыбы (Lepomis macrochirus Rafinesque) и ручьей форели (Salvelinus fontinalis Mitchill). , с высоким временным и пространственным разрешением, это первый экспериментальный тест на создание тяги отрицательного давления у живых пловцов в форме панциря.

Известно, что некоторые рыбы могут создавать отрицательное давление во время плавания. В частности, Gemmell et al. (25, 26) количественно оценили распределение давления вокруг личинок миног и обнаружили, что они создают отрицательное давление вдоль передних частей своего тела, что приводит к появлению сил тяги. По сути, личинки миноги сосут себя вперед.

Отрицательное давление, создаваемое личинками миноги, не связано с механикой аэродинамического профиля. Вместо этого они, вероятно, связаны с высокоамплитудными движениями их тел (26), паттерном, называемым «угловатым» плаванием, который используется в основном некоторыми видами рыб, напоминающих угря, удлиненной формы (17, 27).Многие англообразные пловцы колеблют большую часть своего тела с большой амплитудой, что отличается от модели, наблюдаемой у многих других рыб, использующих режим карагеобразной формы (17, 27). Более того, личинки миног используют необычно большие амплитуды во время плавания, даже по сравнению со взрослыми миногами (28). Неизвестно, является ли тяга с отрицательным давлением особенностью их конкретного режима плавания, или же такое отрицательное давление может создаваться другими видами рыб и режимами плавания, в частности, режимом в форме черепахи, наиболее распространенным режимом плавания (27, 29).

Мы обнаружили, что и синежаберная солнечная рыба, и ручьевая форель создают толчок отрицательного давления на свои передние части тела, но они делают это с помощью совершенно другого механизма, чем у личинок миног: комбинация их аэродинамических тел и всасывания на передней кромке. Наши описания давления и силы вдоль тела также позволяют нам понять, как тонкие различия в форме и движении влияют на плавание в более широком контексте. Схема плавания в форме каранжевича противоречит более тонким, но существенным вариациям форм, движений и экологических ролей, которые существуют в этом режиме (7, 20, 29, 30).Например, синие жабры имеют относительно глубокий ствол и неглубокий стебель, если смотреть сбоку, волнообразно изгибаются только в задней трети тела с большой амплитудой (20) и встречаются в озерах, где они обычно склонны парить или плавать медленно (31, 32). Для сравнения, у ручейной форели относительно более мелкий ствол и более глубокий стебель, волнистость тела немного больше с большой амплитудой (20), и она живет в проточной воде, где она часто плавает с высокой скоростью (33, 34). Эти различия настолько велики, что, основываясь только на амплитуде волнистости, иногда эти рыбы считаются примерами двух разных подтипов панцирников - настоящих панцирников (синежабрых) и субчерепных (форель) (30).Эти виды различаются формой тела и плавательными движениями; мы определяем тонкие особенности кинематики плавания, которые приводят к различиям в их силе.

В более широком смысле, наше понимание эволюции и экологии рыб ограничено из-за отсутствия исчерпывающих описаний создания силы плавания. Такие описания, подобные представленным здесь, позволят нам оценить силу взаимосвязи между формой тела, движениями и плавательными способностями. Помогая определить специфическое давление отбора, лежащее в основе разнообразия современных форм рыб, мы можем делать прогнозы относительно ролей различных рыб в пределах данного сообщества - видов, одновременно обитающих в одном и том же водоеме (7, 14, 18, 20).Такое понимание связи между формой и функцией у рыб может предложить потенциальные решения для текущих проблем проектирования подводных аппаратов (35–37), таких как создание животных подобных аппаратов, менее разрушительных для водных организмов, повышение эффективности плавания биомиметических аппаратов на более длительный срок. срочные развертывания или улучшение возможностей маневрирования для навигации в средах со сложной физической структурой.

Результаты

Мы измерили картину течения жидкости в горизонтальной плоскости вокруг пяти синежаберных солнечных рыб (9.Общая длина от 3 до 11,5 см L) и трех ручьевых форелей (общая длина от 10,0 до 11,0 см) с использованием стандартной цифровой велосиметрии с изображением частиц (38). Отдельные рыбы плавали в проточном туннеле со скоростью 2,5 л⋅с −1 , что соответствовало числам Рейнольдса (Re = ρuL / μ, где ρ - плотность воды, u - скорость потока, L - длина тела рыбы, μ - водная динамическая вязкость) (17) от 20 000 до 30 000. Частота хвостовых биений составляла 4,9 ± 0,5 Гц для синежабрых и 4,7 ± 1,0 Гц для форели, что соответствует числам Струхаля (St = fA / u, где f - частота хвостовых биений, а A - размах хвостовых биений) (22) из ​​0.156 до 0,404 и пониженные частоты f ∗ = fL / u (17), составляющие 2,0 ± 0,2 для синежаброго и 2,1 ± 0,4 для форели.

Передняя часть тела совершает небольшие движения.

Для обоих видов амплитуда (расстояние от центральной линии до максимального отклонения с одной или другой стороны) была очень маленькой в ​​переднем отделе тела и увеличивалась в более задних сегментах (рис. 2 A и B). В сегментах 1–3 (от 0 до 40% L) амплитуда была менее 2% L для обоих видов и увеличивалась только до 3% L в сегменте 4 форели и сегменте 5 синежабры, а затем увеличивалась до 6% L или больше в самых задних сегментах (рис.2 C и D). Для сравнения, максимальная ширина тела составляла ~ 13% L для обоих видов (рис. 2 A и B). Точно так же угол тела, образованный траекторией рыбы, был меньше 5 ° в сегментах 1-3 и увеличился в задней части тела до 30-40 ° (рис. 2 E и F).

Рис. 2.

Синежабрышки и форель - панцирные пловцы. Общая кинематика средней линии для голубого жабра (A) и форели (B), плавающих на глубине 2,5 л / с -1 , указывает на то, что они пловцы в форме панциря. Незначительные различия между подтипами черепаховой формы видны при сравнении амплитуды (C и D) и угла тела (E и F) для переднего (C и E) и заднего (D и F) сегментов (Segm.), где сегменты определены, как на рис. 3.

Передняя часть тела создает отрицательное давление.

Движение тела и хвоста перемещало жидкость вдоль передней части тела, как аэродинамический профиль, прежде чем ускорить жидкость вдоль задней части тела и увлечь ее в вихри, которые рассеивались, когда хвост достиг максимального отклонения и менял направление (фильмы S1 и S2). Это привело к полям давления (рис. 3 A и B и видеоролики S3 и S4) с областью сильного положительного давления перед носом, отрицательного давления вдоль большей части передней части тела и колеблющимися градиентами положительного и отрицательного давления вдоль заднее тело и хвостовой плавник.

Рис. 3.

Волнообразные плавательные движения создают сложные пространственные и временные модели давления и силы. На панелях показаны поля давления (A и B) и расчетные векторы сил (C и D) для синежаберной солнечной рыбы и форели, устойчиво плавающих на уровне 2,5 лс -1 . Нумерация сегментов тела, используемых повсюду, дана в A и B, а белые линии указывают границы сегментов. Для наглядности, только каждый третий вектор силы нанесен в C и D.

Чтобы учесть разницу в скорости плавания рыб, мы вычислили коэффициенты давления: CP = P / (0.5ρu2), где P - давление. На рис. 4 показаны мгновенные коэффициенты давления вдоль одной стороны тела вместе со средним по времени значением.

Рис. 4.

Профили коэффициента давления CP вдоль тела меняются за период хвостового биения. Цветные кривые показывают мгновенные профили синего жабра (A) и форели (B) вдоль одной стороны тела, в то время как толстые черные кривые показывают усредненное по времени среднее значение. Штриховой рисунок над диаграммами представляет собой боковой (верхний) и спинной (нижний) виды рыб.

Общая форма профилей коэффициента давления имела три важных различия для разных видов (рис.4). Во-первых, у форели область положительного давления на морду была меньше, в результате чего отрицательное давление развивалось больше спереди (рис. 3 A и B и видеоролики S3 и S4). Во-вторых, у синежабрника часто были более высокие коэффициенты отрицательного давления в средней части тела (от 10 до 55% L), чем у форели, но у форели были более высокие коэффициенты положительного и отрицательного давления в задней части тела (от 55 до 100% L). Наконец, для обоих видов давление сместилось с отрицательного в средней части тела на положительное около хвоста, но для форели этот сдвиг временами происходил ближе кпереди (особенно в момент времени t = 80.0% от тактового цикла на рис. 4).

Мгновенные коэффициенты давления часто сильно отличались от средних профилей (рис. 4). Примечательно, что место, где коэффициент давления меняет знак с отрицательного на положительный, смещается в средней части тела, и временами появляется вторая область отрицательного давления на задней части тела (например, время t = 53,3% цикла хвостового биения; рис. ).

Отрицательное давление создает давление на переднюю часть тела.

Сдвиг градиентов давления в сочетании с кинематикой тела привел к сложным пространственным и временным диаграммам осевых сил (рис.3 C, D и 5 и фильмы S5 и S6). Как положительное, так и отрицательное давление могут создавать тягу или сопротивление, в зависимости от ориентации тела (рис. 1B). Таким образом, было четыре типа сил: тяга из-за положительного давления, тяга из-за отрицательного давления, сопротивление из-за положительного давления и сопротивление из-за отрицательного давления (рис. 3 и 5). Для голубого жабра средняя сила тяги составила 1,3 ± 0,5 мН. Форель давала среднюю тягу 1,5 ± 0,4 мН. Все значения были того же порядка величины, что и предыдущие оценки из анализа следов (39, 40).

Рис. 5.

Тяга и сопротивление возникают как в результате положительного, так и отрицательного давления во временных и пространственно-зависимых моделях. A и B сравнивают силы с фазовым разрешением для синего жабра (A) и форели (B) для семи сегментов (Segm.) Вдоль одной стороны тела. Буквы указывают, где были обнаружены значительные различия в величине силы у разных видов (P <0,05). Заштрихованная область на заднем плане указывает время, когда сегмент тела перемещался слева направо от максимальной амплитуды к максимальной амплитуде. C и D сравнивают среднюю силу тяги (Thr) и силы сопротивления (Drg), возникающие из-за положительного (C) (+) или отрицательного (D) (-) давления.Если линии или столбцы не показаны, это означает, что коэффициенты средней силы для обоих видов фактически равны нулю (CFx <5% общего CFx для этого типа силы).

На рис. 5 показаны пространственные и временные паттерны этих четырех сил у двух видов, а также усредненные по времени значения на одной стороне тела рыб. Опять же, чтобы контролировать разницу в форме тела и скорости плавания между видами, силы были нормированы на коэффициенты: CF = F / (0,5ρSu2), где F - сила, а S - площадь боковой поверхности.Большинство средних коэффициентов для подтипов осевой силы значительно различались между синежаберцами и форелью (рис. 5 C и D). Кривые, показывающие средние коэффициенты силы, суммированные по обеим сторонам тела, а также средние продольные (общие, а не разбитые по подтипам) и поперечные коэффициенты силы на каждом сегменте тела, доступны в Приложении SI, рис. S1 – S3.

В пространстве передний угол тела (рис. 2 E и F) в сочетании с отрицательным давлением приводил к толчку на переднюю часть тела и хвост, в то время как положительное давление способствовало толчку только в задних сегментах (рис.5). На кончике морды положительное давление создавало чистое сопротивление (темно-оранжевый), но немного дальше назад давление становилось отрицательным, создавая толчок отрицательного давления (светло-зеленый). Этот сдвиг произошел в сегменте 1 (от 0 до 10% L) для форели, но в сегменте 2 (от 10 до 20% L) для голубого жабра, и у обоих видов отрицательное давление в сегменте 2 (от 10 до 20% L) создавало толчок. Коэффициенты тяги положительного давления (темно-зеленый) наблюдались в сегментах 4-7 (от 40 до 100% L) и увеличивались от переднего к заднему.Толчок отрицательного давления (светло-зеленый) также произошел в самых задних сегментах (сегменты 6–7, 70–100% L). Сопротивление положительного давления (темно-оранжевый) присутствовало только в сегментах 1 (от 0 до 10% L) и 7 (от 85 до 100% L). Сопротивление отрицательного давления (светло-оранжевый) было сосредоточено в средней части тела (сегменты 3–5, 20–70% L).

Форель производит тягу под положительным давлением больше кпереди, чем синежабрика.

Картина коэффициентов осевой силы вдоль тела различалась у разных видов в зависимости от того, была ли сила осевой силой или силой сопротивления, и была ли сила вызвана положительным или отрицательным давлением (линейный дисперсионный анализ смешанной модели: значительное четырехстороннее взаимодействие между вид, тип силы, тип давления и сегмент тела; числитель DF = 6, знаменатель DF = 610, F = 4.1312, P = 0,0004). В тех случаях, когда у двух видов были значительно разные коэффициенты силы, форель имела большие размеры, чем синежабра, за исключением сопротивления отрицательного давления в сегменте 5 (от 55 до 70% L; рис. 5).

Рис. 6 сравнивает внутри вида различные типы силы в трех задних сегментах, которые являются функционально важными. Для голубого жабра сегмент 4 (от 40 до 55% L) имел значительно большее сопротивление, чем тягу (рис. 6A), но у форели эти две силы были равны (рис. 6B). В сегменте 5 (от 55 до 70% L) картина изменилась; форель производила больше тяги, чем сопротивления (рис.6Б), но у синежабрых они были равны (рис. 6А). Таким образом, синие жабры производили чистое сопротивление в сегменте 4 и не создавали результирующей силы в сегменте 5, в то время как форель не создавала результирующей силы в сегменте 4 и толчка в сегменте 5 (рис. 6 и приложение SI, рис. S2). Более того, форель производила такое же латеральное усилие, как и синежабра в сегменте 5 (Приложение SI, рис. S3). Кинематика этих сегментов у двух видов различалась: форель имела более высокие амплитуды и больший угол к горизонту (рис. 2).

Рис. 6.

Синежабрик и форель по-разному используют свое тело для создания силы плавания.Сравнение сил тяги (Thr) и сопротивления (Drg) от положительного (+) и отрицательного (-) давления на одной стороне тела на задних сегментах тела (Segm.) Для синежабрника (A) и форели (B). Буквы указывают на существенные различия между типами силы внутри вида (P <0,05).

Мы аппроксимируем гидродинамический КПД Фруда η, отношение полезной мощности к полной мощности (17), как η = ∑i (FT, i⋅vi) / ∑i | Fi⋅vi |, где FT, i - сила тяги вектор, Fi - вектор полной силы, а vi - полная скорость относительно потока (включая движение из стороны в сторону и скорость потока) для каждого сегмента i.Основываясь на этой оценке, эффективность плавания форели составляет 29,5 ± 1,9% по сравнению с 26,6 ± 1,0% у синежабрых (среднее значение ± стандартная ошибка; достоверных различий между видами нет; P = 0,142).

Обсуждение

Многие механические объяснения плавания рыб подчеркивают, что рыбы выталкивают жидкость за собой, когда они плывут, создавая области положительного давления на тело, которые толкают рыбу вперед как силы тяги (17, 25, 37). Таким образом, недавнее открытие, что личинки миноги в значительной степени полагаются на отрицательное давление для создания тяги (25), указывает на недооцененную роль отрицательного давления в передвижении рыб.Здесь мы представляем экспериментальные данные, чтобы показать, что форма и колебания аэродинамического тела, которые характерны для многих видов рыб, приводят к отрицательным давлениям, которые вносят значительный вклад в тягу через другой механизм, чем тот, который используется личинками миног. Используя новейшие методы измерения давления и силы с временным и пространственным разрешением (23, 24), мы обнаружили, что, как и у миног, отрицательное давление вносит значительный вклад в силу плавания вдоль тела пловца в форме панциря (рис.5), создавая 39% общей тяги по всему телу. Однако, в отличие от миног, большая часть тяги отрицательного давления, создаваемой пловцами в форме панциря, возникает не из-за плавательных движений с большой амплитудой, а, скорее, из-за аэродинамической механики передней части тела. Отрицательное давление, действующее на переднюю часть тела, производит 28% общей тяги. Для сравнения, передняя часть тела производит 36% общей тяги при сочетании положительного и отрицательного давления.

Кроме того, высокое пространственное и временное разрешение наших методов позволяет нам определить, насколько небольшие различия в кинематике у пловцов привели к значительным различиям в силах (рис.2 и 6). В частности, небольшие различия в амплитуде тела и углу задней части тела в сочетании с различиями в поперечных профилях глубины тела позволяли форели создавать более высокие тяговые усилия без увеличения боковых сил и, таким образом, могли позволить им плавать более эффективно, чем синежаберцы. Таким образом, управление градиентами давления посредством аэродинамической формы передней части тела и кинематики задней части тела важно для эффективного развития сил плавания.

Тяга к задней части тела создается как положительным, так и отрицательным давлением.

Около двух третей толчка происходит за счет известного волнового механизма, как предсказывали более ранние исследования (17, 20, 41, 42), основанного как на положительном, так и на отрицательном давлении в задней части тела. Усредненные по времени профили давления ранее были измерены Dubois et al. (42), и их, и наши в целом напоминали усредненную по времени картину давления на аэродинамическом профиле тангажа (рис. 1А), особенно на передней половине тела. Наши профили задней части тела выглядят так же, как их, только при усреднении по циклу хвостовых импульсов (рис.4). В мгновенных профилях давления давление меняет знак в зависимости от местоположения на теле и времени в пределах цикла хвостового биения (рис. 4), напоминая различные чередующиеся области «давления» (положительное давление) и «всасывания» (отрицательное давление) рядом с задним отделом позвоночника. тело, положенное Müller et al. (41) и обнаружены на задних телах в компьютерных моделях пловцов типа панцирных пловцов (21, 22). Это контрастирует с равномерно отрицательным давлением на задней части аэродинамического профиля по тангажу (рис.1А). В частности, на хвостовой плавник (сегмент 7, длина от 85 до 100%) действуют три силы: тяга положительного давления на передней стороне бокового движения, тяга отрицательного давления на задней стороне и сопротивление положительного давления на задней стороне. сбоку (рис. 5). Вместе эти три силы создают пик тяги каждый раз, когда хвостовой плавник перемещается между пиковыми отклонениями и почти нулевыми силами, когда хвостовой плавник меняет направление (Рис. 5 и Приложение SI, Рис. S1). Dubois et al. (42⇓ – 44) знали об этих эффектах; они отметили, что давление на некоторые части тела рыбы колебалось в ритме с тактом хвостового плавника, что было отрицательное давление на задней стороне хвостового плавника и что хвостовой плавник вызывает некоторое сопротивление, и все наблюдения согласуются с нашими.

Мы предполагаем, что действия всех трех этих сил необходимы для создания формы характерного двухпикового рисунка выработки тяги в течение цикла хвостового биения (20, 29, 43⇓ – 45). Положительное давление, действующее на переднюю сторону хвостового плавника (сегмент 7, от 85 до 100% L), является основным источником тяги, ведущей к величине пиковых сил на кривых результирующей силы (рис. 5 A, B и SI. Приложение, Рис. S1), поскольку величина тяги при отрицательном давлении равна величине сопротивления при положительном давлении (Рис.6). Это, опять же, согласуется с расчетными моделями карагиформного плавания, в которых тяга концентрировалась в хвостовой области (21, 22). Однако время пиков тяги положительного давления на передней стороне хвостового плавника и тяги отрицательного давления на задней стороне различается (Рис. 5 A и B и Приложение SI, Рис. S1). Кроме того, смещение во времени тяги отрицательного давления и сопротивления положительного давления на хвостовом плавнике - при этом тяга действует первой и быстро, а сопротивление - вторым и медленно (рис.5 A и B) - влияет на синхронизацию максимальной тяги и форму кривой результирующей силы на хвостовом плавнике. Это влияние заметно при сравнении синежабрых и форель; у форели пик напора отрицательного давления возникает раньше, что приводит к кривым результирующей силы, имеющим различную форму для разных видов (Рис. 5 A и B и Приложение SI, Рис. S1).

Здесь подразумевается, что контроль рыбы над градиентами давления вокруг своего хвостового плавника посредством корректировки формы хвостового плавника или кинематики тела может иметь жизненно важное значение для настройки производства тяги на заднюю часть тела.Это согласуется с гипотезой Мюллера и др. (41, 46) о том, что рыбы могут вносить небольшие изменения в свою кинематику, чтобы контролировать поток вокруг тела и точно настраивать свои плавательные характеристики, и, кроме того, это указывает на определенные особенности - форму хвостового плавника. и задняя кинематика тела - на которую мог повлиять отбор плавательных способностей в ходе эволюции рыб.

Важно отметить, что описанные здесь модели выработки силы отражают только устойчивое плавание.Предположительно, время, величина и расположение сил, в дополнение к относительной роли положительного и отрицательного давления, могут изменяться во время ускорения. Например, многие пловцы в форме панциря, в том числе синежабры, имеют большие амплитуды колебаний головы и хвоста и большую частоту ударов хвостом во время ускорений (39, 47), что приводит к большей добавленной массе и большим общим силам (39). Интересно, что у синежабрника (39), но не у форели (47), это увеличение происходит без существенного перенаправления чистых сил тяги по сравнению с устойчивым плаванием, что позволяет предположить, что существуют различия в механике выработки силы между видами и поведением, например, устойчивым плаванием и ускорением.

Форель может производить плавательную силу более эффективно, чем синежабровый.

Исходя из их образа жизни, мы можем предположить, что синие жабры, которые обычно парят или плавают медленно в стоячей воде или в медленно текущих ручьях (20, 31, 32), не производят тяги так же эффективно, как форель, которая большую часть своей жизни проводит в плавании ( 20, 33, 34), хотя оба плавают одинаково. Если эта гипотеза верна, то какие аспекты кинематики или морфологии тела форели приводят к более эффективному плаванию? Ответы на подобные вопросы, как внутри, так и между режимами плавания, позволят нам оценить силу взаимосвязей между плавательными способностями, морфологией и кинематикой, а также выявить конкретные факторы отбора, которые, возможно, привели к появлению современных форм рыб.Наши измерения давления позволяют нам приблизительно оценить гидродинамический КПД Фруда, соотношение полезной и полной мощности. Мы обнаружили, что эффективность Фруда у форели на 2,9% выше, чем у синежабры. Более ранние прогнозы также предполагают, что форель может иметь более высокую продуктивность по Фруде, чем синежабрика (20). Наблюдаемая нами разница в эффективности, хотя и незначительная (P = 0,142), может указывать на функциональные различия в производстве тяги между форелью и синежабричкой. Эффективность Фруда - это только механическая эффективность и не учитывает потенциальные различия в скорости метаболизма (1), но даже такие небольшие различия в эффективности могут привести к значительной экономии энергии при длительных непрерывных плаваниях, типичных для образа жизни форели (20, 33 , 34).

Действительно, мы предполагаем, что тонкие различия в кинематике и форме тела между видами имеют функциональное значение. Средняя часть (сегменты 4–5, длина от 40 до 70%), где силы переходят от сопротивления к силе тяги, является наиболее функционально значимой. У Bluegill переход от сопротивления к силе тяги произошел на сегменте тела 5 (от 55 до 70% L), где коэффициент полезной силы был близок к нулю (Рис. 6A и Приложение SI, Рис. S2). Напротив, у форели этот переход произошел более кпереди в сегменте 4 (от 40 до 55% L), при этом сегмент 5 (от 55 до 70% L) явно производил надвиг (рис.6B и приложение SI, рис. S2).

Эти различия, по-видимому, отражают кинематические различия между видами: форель иногда классифицируется как «субчаранговидные» пловцы, у которых волны более высокой амплитуды располагаются ближе к передней части тела, чем у «истинно-каранжеобразных» пловцов, таких как синежабрика (рис. 2 A – C). (20). Во-первых, более передний переход к волнообразному движению у форели означает, что развитие градиентов положительного давления, вызывающих толчок, также происходит и в более переднем направлении (рис.3 и 80% тактового цикла). Во-вторых, у форели эти более задние сегменты имеют больший угол по отношению к траектории плавания (рис. 2 E и F), направляя силы больше на толчок, чем на боковые силы. Действительно, соотношение коэффициентов осевой и поперечной силы в этом сегменте у форели намного больше, чем у синежаброго (0,33 для форели и 0,06 для синежабры) (рис. 5 и Приложение SI, рис. S2 и S3).

В целом наши результаты показывают, что форель производит плавучее усилие более эффективно, чем синежабра.Это потому, что они производят более высокую силу тяги, чем синие жабры, и используют большую часть своего тела для создания тяги. Однако, хотя форель волнообразна с большей амплитудой, создаваемые ею боковые силы не отличаются или меньше (сегмент 4, 40–55% L) синежаберных (Приложение SI, Рис. S3). Поскольку боковые силы - это напрасная трата усилий (часть знаменателя в эффективности Фруда), эти более крупные неровности тела, по-видимому, не требуют дополнительных затрат для форели. Мы предполагаем, что это связано с более мелким профилем глубины тела форели.Хотя полный анализ морфологии, боковых сил и эффективности плавания выходит за рамки этого исследования, эти результаты предполагают, что изучение тонких различий между пловцами-панцирниками является многообещающим направлением для будущей работы, связывающей форму и функцию у рыб.

Передняя часть тела создает тягу за счет аэродинамической конструкции.

Несмотря на различия в распределении сил в задних сегментах, общая картина давления и сил в переднем теле очень похожа для синежаброго и форели и очень похожа на аэродинамический профиль.Приведенная частота колебаний довольно велика (∼2 для обоих видов), предполагая, что колебательная механика может быть более важной, чем механика, подобная аэродинамическому профилю. Тем не менее, мы обнаружили, что распределение давления на передней части тела очень похоже на аэродинамический профиль при постоянном угле атаки (пониженная частота 0) (48) или на аэродинамический профиль тангажа при гораздо более низкой пониженной частоте (0,2 на рис. 1А). (13).

У обеих рыб форма поперечного сечения передней части тела близка к форме крыла Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) (рис.1A и 2A и B) (2, 3), что приводит к развитию отрицательного давления на большей части своей длины (рис. 3 и 4), как аэродинамический профиль (рис. 1A) (4, 11). У обоих видов рыб, как и у крыловидных профилей с углом атаки к потоку (рис. 1 A и C) (11, 12, 14⇓ – 16), область положительного давления не находится непосредственно на кончике рыла ( Рис. 4 и видеоролики S3 и S4). Вместо этого он колеблется в обе стороны (рис. 1A и 4 и видеоролики S3 и S4), а остальная передняя часть тела (сегменты 2–3, 10–40% L) испытывает исключительно отрицательное давление (рис.3 и 4). Этот процесс аналогичен механике всасывания передней кромки на аэродинамических профилях при умеренных углах атаки (рис. 1C) (11, 12, 14⇓ – 16). Наши наблюдения отрицательного давления также совпадают с измерениями Dubois et al. (42, 44), которые имплантировали канюли давления под кожу синего рыбы и обнаружили, что отрицательное давление преобладает на большей части длины синего рыбы, что приводит к профилям среднего давления, имеющим форму, аналогичную показанным на рис.4, и осевым силам всасывания на переднюю часть тела. . Точно так же мы обнаруживаем, что отрицательное давление, возникающее из-за аэродинамической формы и помещенное далеко вперед на переднюю часть тела из-за механики всасывания передней кромки, расположено рядом с обращенными вперед поверхностями тела и приводит к небольшой, но значительной, непрерывной толчке в сегмент 2 (от 10 до 20% L) (рис.3 и 5 А и В).

Аналогичные распределения давления были также обнаружены в трехмерных вычислительных моделях гидродинамики пловцов в форме панциря. Боразджани и Сотиропулос (21) и Лю и др. (22) оба задокументировали области отрицательного давления вдоль передних тел при моделировании скумбрии и гребневого домкрата, соответственно, но они не подчеркнули роль этих отрицательных давлений в создании тяги. Тем не менее, наличие этой механики у пяти филогенетически далеких видов указывает на повсеместное распространение аэродинамической тяги среди пловцов с черепаховой формой.

Этот механизм создания тяги означает, что передняя часть тела производит меньшее сопротивление, чем могло бы в противном случае, но это все же создает чистое сопротивление. Dubois et al. (42⇓ – 44), Андерсон и др. (19), Боразджани и Сотиропулос (21), а также Лю и др. (22) все обнаружили, что передняя часть тела создает результирующие силы сопротивления. Наша работа не противоречит этим выводам; действительно, мы обнаруживаем, что на передней части тела величина осевых сил отрицательного давления меньше суммы сил сопротивления (сопротивление положительного давления на кончике носа, сегмент 1, от 0 до 10% L и сопротивление отрицательного давления на средней части тела, сегмент 3, от 20 до 40% L) (рис.5 и Приложение SI, рис. S2). Однако толчок отрицательного давления на переднюю часть тела (сегменты 1–4, от 0 до 55% L) уравновешивает большую часть (45%) этого сопротивления, заставляя переднюю часть тела производить гораздо меньшее чистое сопротивление. Таким образом, мы указываем на более тонкую роль передней части тела во время карангиформной локомоции, поскольку силы тяги передней части тела составляют значительную часть общей тяги.

Эти силы тяги возникают из-за очень небольших движений передней части тела (рис. 2 A – D) и, вероятно, требуют небольшой мышечной активности.На низких скоростях, как в этом исследовании, форель не активирует красную мышцу перед 50% L (49), как и большеротый окунь, вид, тесно связанный с синежабричными солнечными рыбами (50). Таким образом, небольшое, в основном пассивное движение в передней части тела может позволить этой аэродинамической конструкции тяги быть высокоэффективной.

Этот аэродинамический механизм отличается от механизма Gemmell et al. (25, 26) идентифицированы у личинок миног, которые также производят тягу из-за отрицательного давления (рис. 7). Личинки миноги плавают угловатым способом, который характеризуется волнообразными волнами большой амплитуды в передних отделах тела (рис.7) (17, 25, 27). Даже среди англообразных пловцов личиночные миноги, изученные Gemmell et al. (25, 26) имеют особенно большие передние движения тела (28). Эти волны вращают поверхность тела, что ускоряет прилегающую жидкость, усиливает завихренность жидкости и создает большие области отрицательного давления (рис. 7A) (26, 51, 52). Это отрицательное давление приводит к осевым силам всасывания, которые действуют непрерывно на большей части длины тела (рис. 7A) (25, 26, 51, 52). Напротив, синие жабры и форель, которые являются пловцами в форме панциря, создают отрицательное давление локально на переднюю часть тела из-за их формы поперечного сечения и небольших движений (рис.7Б).

Рис. 7.

Тяга тела вперед для угловатых и прямоугольных пловцов основана на разной механике. Серые и черные силуэты показывают движение тела, а цвет указывает на давление. Пловцы с угловатой формой (A) создают тягу с отрицательным давлением вдоль всего тела, используя волнообразный насосный механизм, в котором движения тела с большой амплитудой всасывают жидкость вдоль тела. Кинематика угловатой формы адаптирована из исх. 53. Напротив, пловцы-панцири (B) производят тягу на переднюю часть тела посредством механики, подобной аэродинамическому профилю.Для наглядности показаны только осевые силы отрицательного давления.

Растущее количество работ указывает на то, что разные режимы плавания и формы тела, скорее всего, дают разные функциональные преимущества (5⇓⇓⇓⇓ – 10). Подробные сравнения создания силы отдельными частями тела рыбы, подобные тем, которые мы провели здесь, позволят нам окончательно проверить эти гипотезы и, в конечном итоге, прийти к более полному пониманию эволюции и экологии рыб. Например, мы давно выдвинули гипотезу, что обтекаемые тела, подобные телам тунца, обеспечивают быстрое и эффективное плавание, необходимое для миграций с Тихого океана.Здесь мы показываем, что такая оптимизация корпуса может способствовать повышению эффективности создания тяги. Эти рыбы не только обладают низким сопротивлением, но также могут использовать аэродинамическое поперечное сечение своего тела и движения отдачи для создания тяги. Поскольку обтекаемое поперечное сечение тела и небольшие колебания передней части тела очень распространены у рыб, мы предполагаем, что этот механизм создания толчка может быть общей чертой плавания у многих видов рыб.

Материалы и методы

Полную информацию о методах можно найти в Приложении SI, Материалы и методы SI.

Экспериментальные процедуры.

Отдельные синие жабры и ручьевая форель плавали со скоростью 2,5 лс −1 в рециркуляционном лотке, засеянном частицами с почти нейтральной плавучестью, освещенными горизонтальными лазерными световыми пластинами с двух сторон. Рыб снимали с помощью двух высокоскоростных камер (Photron Fastcam Mini AX50; разрешение 1024 × 1024 пикселей; размер пикселя 20 мкм), которые снимали синхронизированные кадры вентрального и бокового обзора со скоростью 1000 и 100 кадров в секунду соответственно. Только те последовательности, в которых рыба использовала плавные движения плавником и туловищем не менее 1 раза.Было обработано 5 циклов хвостовых импульсов в пределах светового листа. Для каждого человека было собрано видео трех повторных попыток плавания. Эксперименты были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных Гарвардского университета в соответствии с протоколом 20-03 (GVL).

Обработка данных.

Скорость воды была рассчитана с использованием велосиметрии изображения частиц в DaVis 8.2.2 (LaVision) с размерами окна запроса 32 × 32 пикселей и 16 × 16 пикселей, перекрытием 50% и двумя проходами при каждом размере окна (38).

Следуя нашему ранее проверенному протоколу (24), брюшные контуры рыб были вручную оцифрованы в ImageJ (NIH). Средние линии были автоматически извлечены из этих контуров с помощью специального скрипта Matlab 2015b (Mathworks). Кинематика средней линии (например, период хвостового биения, частота, поперечная амплитуда и угол тела) была рассчитана с использованием специального скрипта на Python (версия 2.7.11; Python Software Foundation; https://www.python.org) после Videler (29). . Мы используем математическую амплитуду, расстояние между центральной линией и максимальным боковым отклонением, которое составляет половину бокового отклонения от пика до пика, часто называемого «амплитудой» в более ранних работах (1, 54).Чтобы облегчить сравнение различных частей тела рыб, рыбы были разделены на семь сегментов тела, которые сгруппированы вместе части тела со сходной кинематикой, формой тела и градиентами давления. Рассчитанные ниже давление и силы были усреднены по сегментам.

Распределение давления было рассчитано согласно Dabiri et al. (23) в Matlab с использованием скоростных данных и очертаний тел рыб. Мы оценили силы, используя процедуру, подробно описанную в Lucas et al.(24). Вкратце, величина силы рассчитывалась как произведение давления и площади поверхности в точке расчетной границы, проведенной вокруг рыбы, где площадь была произведением расстояния между точками в горизонтальной плоскости и глубины тела рыбы в этих точках. . Векторы силы были направлены внутрь или наружу в зависимости от знака окружающего давления. Наши предыдущие проверки (24) показывают, что для рыбоподобных пловцов влияние давления преобладает над эффектами сдвига (например, трение кожи), и что этот двухмерный подход устойчив к обтекания рыбы вне плоскости [e.г., Лю и др. (22)], что позволяет точно оценить силы с помощью этих процедур.

Статистика.

Линейные модели смешанных эффектов были разработаны в соответствии со стандартной практикой, изложенной Zuur et al. (55). Для осевых сил (CFx) были разработаны две модели. Первый сравнивал средние величины подтипов осевой силы и включал четыре фиксированных эффекта, каждый из которых имел несколько уровней: тип силы (тяга, сопротивление), тип давления (положительное, отрицательное), виды (синие жабры, форель) и сегмент (1–7). ), и все взаимодействия между этими эффектами.Вторая модель исследовала средства полных осевых сил. И эта модель, и модель средних боковых сил (CFy) включали два фиксированных эффекта: вид и сегмент, а также их взаимодействие. Модель эффективности включала один фиксированный эффект: виды. Во всех моделях индивидуальность учитывалась как случайный эффект, а в силовых моделях спецификации дисперсии учитывали неоднородность (55, 56). Тесты ANOVA и апостериорные попарные сравнения были проведены, чтобы определить, какие эффекты значительно повлияли на коэффициенты силы.Ко всем апостериорным результатам применялась поправка на частоту ложных открытий (57).

Вся статистика была выполнена в R (версия 3.5.1; R Foundation for Statistical Computing; https://www.r-project.org/) с использованием пакета nlme (версия 3.1–137; https: //cran.r) -project.org/web/packages/nlme/index.html), а маргинальные средние были оценены для парных сравнений с использованием пакета emmeans (версия 1.2.3; https://cran.r-project.org/web/packages/ emmeans / index.html).

Благодарности

Спасибо Мариэль Росич за помощь в сборе данных; члены G.В.Л. лаборатория по уходу за рыбками; Джону Дабири, Брэду Геммеллу и Гэри Лукасу за техническую помощь; Тайлер Уайз за образцы данных, используемых для разработки кода; Стиву Уортингтону и Каре Фейлич за советы по статистике; Пол Уэбб, Шон Колин, Елена Крамер, Пит Гирги и члены Girguis и E.D.T. лаборатории за полезные обсуждения; Картика Менона и Раджата Миттала за данные о давлении на поверхность профиля; и анонимные рецензенты, отзывы которых значительно улучшили рукопись. Эта работа была поддержана стипендией NSF Graduate Research Fellowship в рамках гранта DGE-1745303, выданного K.Н.Л. и грантом NSF Grant Division of Integrative Organismal Systems Award 1652582 для E.D.T., а также грантом N000141410533 Управления военно-морских исследований для исследовательской инициативы нескольких университетов, мониторинг которого осуществляет д-р Боб Бриззолара для G.V.L. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Сноски

  • Автор: K.N.L. и Г.В.Л. спланированное исследование; К.Н.Л. проведенное исследование; Г.В.Л. предоставлено оборудование и средства по уходу за рыбой; К.Н.Л. и E.D.T. проанализированные данные; и K.N.L., G.V.L. и E.D.T. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов

  • Эта статья является прямым представлением PNAS. J.L. - приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

  • Размещение данных: Файлы данных о плавании рыб и статистические анализы, представленные в этом документе, были депонированы в Harvard Dataverse, https://doi.org/10.7910/DVN/1SOLNG («Данные расчета давления на поверхности и силы плавания для синежабрика и форель устойчиво плавают на 2.5 л / с ”). Скрипты, используемые для обработки данных, описанные в этой статье, размещены на GitHub, https://github.com/kelseynlucas/Forces-on-carangiform-swimmers.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.191

  • 17/-/DCSupplemental.

Можно ли исправить толчок языком у взрослых?

Royal Oak and Birmingham, MI

Ваш язык выполняет множество важных функций, даже когда он находится в состоянии покоя.Это влияет на то, как мы едим, говорим и даже дышим. Неправильное положение языка может вызвать множество проблем, а также повлиять на внешний вид и развитие лица. Вот почему колоть языком может быть настолько пагубным, особенно если эта привычка сохраняется во взрослой жизни. В Hartrick Dentistry ваши специалисты по миофункциональной терапии в Royal Oak хотят заверить взрослых, которые все еще страдают от толчка языка, в том, что лечение доступно.

Что такое толкание языка?

Эта привычка, также называемая обратным глотанием или незрелым глотанием, возникает, когда язык смещается в сторону при глотании.Нормальное положение языка во время еды имеет несколько волнообразный характер, поскольку кончик языка мягко опирается на заднюю поверхность передних верхних зубов и движется волнообразными движениями, выталкивая пищу в заднюю часть глотки. С другой стороны, при толкании языка язык выдвигается вперед и чрезмерно прижимается к передним зубам. Когда это происходит, человек может жевать и глотать с открытым ртом и показывать пищу во время еды.

Что вызывает толкание языка?

Укол языком может возникать по множеству причин, но чаще всего возникает из-за частого сосания большого пальца или пальцев, или для компенсации диапазона движений, вызванного уздечкой языка.

Предупреждающие признаки укола языком

Чтобы вылечить это состояние, сначала нужно узнать симптомы. Обратите внимание на частое дыхание через рот, задержку открывания губ и затруднения речи. Сломанные или выпирающие верхние зубы также являются признаком выталкивания языка. Хотя эти предупреждающие признаки могут указывать на выталкивание языка, они ни в коем случае не являются окончательным диагнозом. Единственный способ узнать наверняка, имеете ли вы дело с толчком языка, - это проконсультироваться с квалифицированным стоматологом, например, с доктором Нэнси Хартрик из Royal Oak.

Последствия толчка языком

Необработанный толчок языка может вызвать в вашей жизни всевозможные проблемы, особенно если он останется в зрелом возрасте. Многие взрослые, у которых возникает толкание языка, страдают от пороков развития зубов, например, неправильного прикуса. Это часто проявляется, когда рот закрыт, но ваши верхние зубы не касаются нижних зубов. По сути, это создает разрыв. Проблемы с дыханием, такие как апноэ во сне, обычно связаны со случаями нелеченных толканий языка у взрослых. Затруднения речи также довольно распространены.

Лечение укола языка

Миофункциональная терапия может быть решением, которое вы искали. В Hartrick Dentistry мы можем использовать миофункциональную терапию для коррекции широкого спектра заболеваний полости рта. Это влечет за собой выполнение ряда упражнений, которые прорабатывают ваш язык вместе с мышцами во рту. Эти лечебные упражнения просты и безболезненны. При повторном выполнении они повторно тренируют ротово-лицевые мышцы, чтобы они работали на оптимальном уровне, устраняя причину негативных оральных привычек, таких как толкание языка.

Лечение укола языка в Royal Oak

В Hartrick Dentistry нас обучают обнаружению выталкивания языка у пациентов любого возраста. Затем мы тесно сотрудничаем с ведущим миофункциональным терапевтом в этой области, чтобы обеспечить облегчение. Не допускайте, чтобы язык продолжал влиять на то, как вы чувствуете или говорите. Позвоните в офис Hartrick Dentistry по телефону (248) 549-0950, чтобы записаться на прием и начать лечение от выталкивания языка сегодня. Hartrick Dentistry с гордостью обслуживает пациентов в Ройал-Оук и Бирмингеме, штат Мичиган.

Определение для изучающих английский язык из Словаря учащихся Merriam-Webster

1 толкать / ˈΘrʌst / глагол

толчки;толкать;колющий

толчки;толкать;колющий

Определение THRUST, которое дает учащийся

1 всегда следует наречие или предлог, [+ объект] : толкать (кого-то или что-то) с силой : толкать
  • Он засунул руки в карманы.

  • Он взмахнул кулаком в воздух.

  • Она оттолкнула его [= оттолкнула его в сторону] и прошла мимо него.

  • Он пробивался сквозь толпу. [= он прошел сквозь толпу, отталкивая людей]

- иногда используется в переносном смысле
  • Ее бестселлер неожиданно привлек ее внимание.

  • Он отбросил всякую осторожность.

  • Она не может отбросить [= забыть] эти воспоминания.

2 [+ объект] : заставить (что-то острое) войти или пройти через что-то еще, нажав 3 [нет объекта] : сделать резкое, сильное движение вперед в кого-то или что-то с оружием

тяга на / на

[фразовый глагол]

толкать (что-то) на / на (кого-то)

: заставить (кого-то) иметь или принимать (что-то)

2 толкать / ˈΘrʌst / существительное

множественное числотолчки

2 толкать

/ ˈΘrʌst /

существительное

множественное числотолчки

Определение THRUST, которое дает учащийся

1 [считать] : толчок вперед или вверх
  • Одним последним уколом он прорвал барьер.

  • толчок бедра = толчок бедра

  • одним ударом меча

2

[единственное число]

а : суть или смысл чего-то б : главная забота или цель чего-то 3 [noncount] технический : сила, создаваемая двигателем, который заставляет самолет, ракету и т. д., двигаться вперед

резка и тяга

- см. 2 разрез .