Учёные измерили предел вращения мокрых собак

Чтобы определить оптимальную скорость, с которой собака должна вертеть туловищем из стороны в сторону для эффективной просушки своей шерсти, достаточно семи вещей. Естественно, нужна мокрая собака, также потребуется высокоскоростная видеокамера, а ещё пригодится пятёрка сумасбродных физиков.

Эндрю Дикерсон (Andrew Dickerson) и его коллеги из технологического института Джорджии (Georgia Tech) поначалу построили математическую модель всей мокрой собаки целиком. Но быстро выяснилось, что со сложностью задачи вышел перебор, и экспериментаторы упростили её как смогли. Они смоделировали только процессы, происходящие с шерстью животных.

Ключевым условием отрыва жидкости от волосков учёные посчитали превосходство центростремительной силы над поверхностным натяжением. Так как первая величина зависит от расстояния до центра туловища животного, получается, что оптимальная частота отряхивания собаки будет зависеть от радиуса её тела.

На этой картинке показано, что такое "собака радиуса R". Точнее, можно увидеть, где именно замерялся этот самый радиус (иллюстрация Jaime Bruder).

Физики составили уравнение, которое гласило, что оптимальная частота вращения пропорциональна R^-0,5. Гипотезу проверили при помощи высокоскоростной видеокамеры. Учёные отсняли несколько пород собак и высчитали скорости их отряхивания.

Чуть позже к участию в эксперименте привлекли и других животных: водой окатили мышей, крыс и морских свинок, в общем, всех тех существ, что попались под руку. Впоследствии группа Дикерсона ещё и просветила некоторых подопытных рентгеном, чтобы выяснить, как двигались косточки скелета.

Эндрю покусился было на тигров и медведей, но потом понял, что на такие эксперименты у него не хватит ни смелости, ни денег, и воспользовался видеороликами, отснятыми более отважными исследователями.

Ещё одно наблюдение американских учёных: встряска начинается от головы и постепенно распространяется к хвосту (фото DrChumley1978/Flickr.com).

Результатом всех манипуляций стал вполне логичный вывод: чем меньше размеры туловища мокрого с головы до ног существа, тем быстрее ему необходимо вращать им из стороны в сторону, чтобы хоть немного обсохнуть. Так, малютки-мышки отряхиваются с частотой 27 герц (27 движений из стороны в сторону в секунду), а крупные медведи способны лишь на четыре движения в секунду (4 Гц).

Придирчивые физики заметили, что зависимость эта не линейна: по мере увеличения размеров животного частота достигает некоего предела – тех самых 4 герц.

Кроме грызунов, собак и медведей физики также "посчитали" панд и даже центрифугу для обсушки салатных листьев не забыли (иллюстрация Dickerson et al.).

Проанализировав полученные графики, Дикерсон со товарищи пришли к выводу, что их первоначальное уравнение никуда не годится. На самом деле частота была пропорциональна R^-0,75. Пораскинув мозгами ещё немного, учёные поняли, что ошибочно считали ключевым расстояние от центра туловища до кожи, а надо было учитывать ещё и длину шерсти животных. Мол, мех вносит свой вклад в конечный результат.

Авторы исследования, готового к выдвижению на Шнобелевкую премию, назвали свою статью "The Wet-Dog Shake". Она будет опубликована в журнале Fluid Dynamics. Её сильно укороченный вариант можно найти на сайте препринтов arxiv.org.

Роберт Сигель (Robert Siegel), один из ведущих Национального общественного радио США (NPR), задал Дикерсону (на фото) вопрос: "Зачем вы проводили исследование в столь заброшенной области науки?" Эндрю ответил, что его лаборатория интересуется исследованием природных механизмов.
"Мы подумали, что наша работа поможет создать, например, более эффективную стиральную машину или что-то ещё, о чём мы пока и не думали". – "То есть к человеку ваше исследование не применимо?" – "Если вы после душа встанете на четвереньки и попробуете повторить этот трюк, у вас вряд ли что-то получится", – отшутился аспирант (фото Gatech).

Что самое интересное, Дикерсон и его команда так и не определили, какова оптимальная скорость вращения мокрой собаки. По крайней мере, никаких конкретных чисел они не приводят. Видимо, решили довериться чутью самих животных.