Fotografi av shortfin mako hajskalor som var och en mäter cirka 0,2 millimeter i längd. Den främre vågraden har borstats manuellt till sin maximala vinkel på cirka 50 grader av biologen, orientering är att flödet från näsa till svans skulle passera från vänster till höger över huden. Vågen är genomskinliga dentiklar, och känns som små lösa tänder som täcker hela hajen. Dessa vågar med störst borstförmåga är från flankområdet bakom gälarna. Upphovsman:Phil Motta vid University of South Florida
Makohajar med kortfinta har kallats "havets geparder, "kan simma med uppskattade hastigheter på 70 eller 80 miles i timmen. För att undersöka hur djuren uppnår denna imponerande bedrift, flygtekniker Amy Lang från University of Alabama och kollegor testade riktiga makohajprover, taget från djurets flankregion, i vattentunnelförsök.
Arbetet kommer att beskrivas i veckan vid American Physical Society March Meeting i Boston 2019. Lang kommer att vara en del av en presskonferens på mötet som beskriver arbetet. Information för att logga in för att titta och ställa frågor på distans finns i slutet av detta pressmeddelande.
Lang och hennes kollegor var specifikt intresserade av effekten av ungefär 0,2 millimeter stora flexibla vågar som ligger på vissa platser på hajens kropp, som på flanken och fenorna. Vågen kan böjas i vinklar som överstiger 40 grader från kroppen - men bara i riktning mot flödet. Med andra ord, om du skulle köra handen över hajen från näsa till svans, huden skulle kännas slät; åt andra hållet, det skulle kännas grovt som sandpapper. Motståndet mot din hand är också ett motstånd mot vattenflödet. "Det hindrar flödet från att vända nära huden, som annars skulle leda till det vi kallar flödesseparation, "Sa Lang.
Flödesavskiljning är den mest inflytelserika källan till drag på ett flygplan, kallas tryckdragning. "Detta är det drag du upplever om du sticker ut handen från bilrutan vertikalt mot luftflödet, "sa Lang, en ingenjör med fokus på experimentell vätskedynamik.
På framsidan av din hand, det trycks tillbaka högt tryck. Och på baksidan av din hand, det är lågt tryck som skjuter framåt. Att summera tryckkrafterna ger en nettokraft av drag. Detsamma gäller varje gång ett flöde separeras, även på en slät kropp som en haj - eller en golfboll, Hon sa.
"Hålen på en golfboll är ett exempel på separeringskontroll som minskar tryckmotståndet genom att upprätthålla bifogat flöde runt bollen och minska storleken på vaken. Du kan slå en golfboll med gropar 30 procent längre än om samma boll var slät , "Sa Lang.
Med hjälp av en teknik som kallas digital partikelbildshastighet för att producera detaljerade mätningar av vattenflödeshastigheten över och runt huden, Lang och hennes team upptäckte att flödeseparationen verkligen styrdes av en "passiv borst" -förmåga hos den mikroskopiska ytgeometrin i hajens skalor.
"Vi satte upp ett experiment i tunneln med en uppmätt mängd flödesavskiljning inducerad på en slät yta. Sedan ersatte vi den släta ytan med hajskinn och återförde flödesavskiljningen, "Förklarade Lang." I alla fall med flankhuden, vi såg storleken på det separerade flödesområdet reduceras avsevärt av närvaron av huden. "
Arbetet, som delvis finansierades av Boeing och den amerikanska armén, kan leda till nya konstruktioner för att minska drag på flygplan och helikoptrar, öka deras smidighet. "Potentialen för en konstgjord yta att använda denna helt passiva mekanism även i luften är mycket spännande, "Sa Lang.
