Решение этой задачи японские физики предложили для преподавания курса теоретической механики, сообщает Nplus1.ru со ссылкой на публикацию научной статьи на сайте ArXiv.org.
Дело в том, что поскольку пингвины довольно долго высиживают яйца, порой до 100 дней, то для того, чтобы не покидать нагретое место и содержать его в чистоте, они выстреливают своими фекалиями на расстояние примерно 40 см, сравнимое с их ростом, а кроме того, с помощью своих фекалий они плавят снег на своей территории, занимаясь ее благоустройством.
Таким образом, результаты исследования ученых, помимо теоретического назначения, имеют вполне прикладное, практическое применение - теперь людям известно, на каком расстоянии следует держаться подальше от пингвинов, высиживающих яйца, например, при посещении океанариума или зоопарка, чтобы не стать невольной мишенью обитателей Антарктиды.
17 лет назад исследователи уже воспользовались результатами накопленных наблюдений, чтобы оценить ректальное давление. Физики выяснили, что давление колеблется в пределах значений от 10 до 60 килопаскалей и зависит от вязкости фекалий и размера клоаки пингвинов. Но они тогда учитывали давление только через горизонтальную составляющую траектории.
Теперь японские исследователи рассчитали максимальное расстояние полета фекалий пингвинов с высоты их гнезда. При этом они внесли коррективы в значение ректального давления с учетом движения фекалий по желудку в поле действия силы тяжести. В новой модели ученых желудочно-кишечный тракт пингвина рассматривается в качестве цилиндра с боковым кишечным отверстием.
Сначала физики примерно оценили верхнюю границу максимального расстояния полета без учета сопротивления воздуха, используя уравнение полета снаряда, который запущен под углом к горизонту.
В океанариуме Катсурахама средняя высота камней в вольере для пингвинов составляет 1,1 метра — при такой высоте максимальное расстояние полета фекалий достигает 1,03 метра при угле к горизонту в 21 градус. При максимальной же высоте камней - два метра к пингвинам лучше не подходить на расстояние в 1,34 метра.
После этого исследователи ввели в свои расчеты значения сопротивления воздуха. Расстояние полета фекалий пингвина оказалось при этом куда выше, что и предполагалось.
С учетом же работы силы тяжести ректальное давление уменьшилось относительно прошлой оценки с 4,6 до 2,3 килопаскаля при тех же параметрах. Время прохождения фекалий через кишечник было оценено в 0,45 миллисекунд. За это время поток фекалий получает дополнительное давление, которое не учитывалось в прошлой работе. В результате максимальное ректальное давление оказалось почти в полтора раза больше при одном и том же размере ректального отверстия.
В перспективе, как отмечается в статье, японские ученые намерены исследовать более сложный вариант неоднородного выброса смеси фекалий и мочи, поскольку все выводящие пути пингвина пересекаются в клоаке. А кроме того они рассмотрят более сложные гидродинамические модели поведения фекалий в желудке, кишечнике и воздухе.
В завершение своих выводов, физики привели в своей статье оценочные значения зоны поражения фекалиями человека при таком же ректальном давлении, как и у пингвинов — ближе трех метров к такому человеку лучше не приближаться.
Отмечается, что итоги данных исследований не только помогут людям избежать неловких ситуаций, но и могут использоваться в качестве неординарной задачи для курса теоретической механики в учебных заведениях.