E3 Modos de Natação e Número de Reynolds

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Os modos de natação dos peixes são classificados de acordo com dois critérios: qual parte do corpo participa ativamente da propulsão e o regime de fluxo em que o peixe nada, caracterizado pelo número de Reynolds. O número de Reynolds compara as forças inerciais do fluido com suas forças viscosas e depende da velocidade de natação, do tamanho do peixe e da viscosidade da água: quando o número de Reynolds é menor que um, a viscosidade do fluido predomina, como ocorre em larvas de peixes ou quando nadam com uma cauda flagelada; quando o número de Reynolds está entre um e mil, o fluxo está em um regime de transição; e quando o número de Reynolds excede mil, as forças inerciais predominam e surge a hidrodinâmica convencional de geração de vórtices descrita em um modelo anterior desta coleção.

Além desse regime de fluxo, a classificação cinemática dos modos de natação distingue entre modos que utilizam o corpo e a nadadeira caudal, onde a ondulação se propaga da cabeça ou do meio do corpo em direção à cauda, ​​e modos que utilizam as nadadeiras medianas e pares, onde as nadadeiras peitorais, dorsais ou pélvicas geram propulsão enquanto o restante do corpo permanece rígido.

Dentro dos modos que utilizam o corpo e a nadadeira caudal, existe um espectro completo dependendo de quanta parte do corpo participa da ondulação: o modo enguia, característico da enguia, propaga uma onda de grande amplitude ao longo de todo o corpo; o modo subcarangiforme, característico da truta, concentra essa ondulação no terço posterior do corpo; o modo carangiforme, característico da cavala, utiliza apenas o pedúnculo caudal e a própria nadadeira caudal; o modo tuniforme, característico do atum, mantém o corpo completamente rígido e limita todo o movimento ondulatório a um batimento da nadadeira caudal com um alto número de Strouhal.

Em qualquer um desses modos de natação, a velocidade com que a onda cinemática se propaga ao longo do corpo do peixe deve ser maior que a velocidade de natação do próprio peixe para que haja um impulso resultante para a frente; a razão entre a velocidade de natação e a velocidade dessa onda cinemática define precisamente a eficiência cinemática do modo de natação. No caso limite em que a velocidade de natação se iguala à velocidade da onda cinemática, não há impulso disponível e o corpo ondulante do peixe simplesmente se move sem gerar propulsão líquida, como aconteceria com uma enguia ondulando o corpo em um modo de puro deslocamento sem se mover para a frente.

O comportamento esperado nesse espectro de modos de natação é que os modos mais concentrados na nadadeira caudal, como o modo tuniforme, sejam mais eficientes em alta velocidade, enquanto os modos que ondulam todo o corpo, como o modo semelhante ao da enguia, sejam mais manobráveis ​​em baixa velocidade e em um regime de número de Reynolds moderado, o mesmo número de Reynolds que foi introduzido no início deste modelo como um dos dois critérios que classificam os modos de natação dos peixes.

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