Jak silné jsou ryby, jakou sílu mohou vyvinout, která ryba je nejsilnější? Tyto otázky nejsou způsobeny jen planým zájmem. Odpovědi na ně vám pomohou vybrat správný rybářský prut, tloušťku vlasce a zohlední mnoho dalších důležitých bodů.
Co určuje sílu
Ichtyologové obvykle klasifikují rychlost, kterou mohou ryby vyvinout takto: maximální, házení, křižování a někdy střední. Nejvíce nás zajímá házení a maximální rychlosti. Rychlost házení je rychlost, kterou ryba vyvine v extrémních situacích, kdy se po nasednutí na háček snaží z něj dostat hodem. Lipan například při nahození vyvine rychlost asi 120 km/h, štika – asi 95 km/h. Většina ostatních ryb je slabší, ale i jejich rychlost vrhu je velmi výrazná, u okounů je to 25–30 km/h. Rychlost házení je krátkodobá, je to jen hod, který trvá maximálně dvě až tři sekundy. Pak se ryba buď rozjede na maximální rychlost, nebo skončí v rukou rybáře. Mimochodem, ryby většiny druhů vydrží maximální rychlost ne déle než 25 sekund. Pak si tělo potřebuje odpočinout, takže ryba přepne na cestovní nebo střední rychlost.
Mnoho biologických zákonů je úspěšně popsáno matematickými výpočty. Takže ve většině případů je rychlost průměrné ryby přímo úměrná odmocnině její délky. Existuje pozitivní korelace: čím větší je ryba, tím vyšší je její rychlost. Ale zároveň musíme vzít v úvahu, že existují ryby s nestandardním tvarem těla – a tato pravidla s nimi nemají nic společného. Ale obecně platí, že 30cm pstruh vždy předčí 20cm lipana.
Naši ichtyologové již dlouho úspěšně studují rychlost pohybu ryb, protože je to důležitá otázka pro řešení mnoha problémů komerčního rybolovu. Jeden ze světoborců v této oblasti – naši ichtyologové-fyziologové D. Radakov a V. Protasov – měřili lineární rychlosti ryb nejoblíbenějších druhů již v polovině minulého století. Níže uvedená tabulka je převzata z jejich klasické práce „Rychlosti pohybu a některé zvláštnosti rybího vidění“, publikované v roce 1964.
Rychlost větší ryby s přesně stejným tvarem těla je větší než rychlost malé ryby, protože odporová síla, kterou ryba překonává při pohybu ve vodě při stejném tvaru těla, je úměrná ploše průřezu ryby Sp a druhou mocninou jeho rychlosti v 2 . Proto výraz pro moc N, který ryba utratí při pohybu, má tvar: N=K 1 Sрv 2 vKde K 1 — konstantní koeficient.
Na druhou stranu maximální síla vyvinutá každým svalem zvířete musí být úměrná jeho objemu. Je zřejmé, že stejný závěr platí pro celý organismus. Na základě výše uvedeného je zřejmé, že plotice má velmi malou šanci vyhnout se zubům štiky.
Nožovité tělo šavle přispívá k vysoké rychlosti plavání této ryby.
Paradoxy rychlosti ryb
Vědci stále nedokážou odpovědět na otázku: jak se mnoho ryb a delfínů dokáže pohybovat ve vodě rychlostí, která je někdy nepřístupná ani ptákům létajícím ve vzduchu? Například mečoun plave rychlostí až 130 km/h a tuňák rychlostí až 90 km/h. Pokud vyrobíte repliku mečouna a určíte jeho koeficient odporu, zjistíte následující. K získání takové rychlosti potřebuje ryba vyvinout výkon motoru automobilu, tedy asi 100 koní. S. Pro většinu ryb je tento koeficient malý, protože celý jejich evoluční proces je zaměřen na vytvoření aerodynamického tvaru těla, který poskytuje minimální odolnost vůči vodnímu prostředí: k tomu přesně fungují jak šupiny, tak i sliz, který je obaluje. Ploutve vám také pomáhají pohybovat se rychleji než zvyšovat odpor.
Ryba bude plavat rychleji, pokud je její tělo orientováno tak, že má minimální odpor vody. Podle vzorce, odporová síla (F 2 ) vody je úměrná ploše průřezu rybího těla (Sp). Tento výraz však dává nadhodnocenou hodnotu síly, protože ne všechny částice vody při srážce s tělesem získají svou rychlost. Ale tento vzorec lze použít, pokud na pravou stranu přidáme bezrozměrný koeficient Cp – koeficient odporu. Pak F 2 = 1/2 × С p v 2 SpKde Cp je součinitel odporu vzduchu, který primárně závisí na tvaru těla organismu, a Sp – plocha průřezu těla, která způsobuje odpor při pohybu ve vodě.
Je třeba vzít v úvahu, že energie živých bytostí je energií oxidačních procesů. Ale ryby jsou chladnokrevní tvorové. Proto jsou pro ně takové pravomoci prostě nedosažitelné. Zbývá předpokládat, že ryby jsou nějakým způsobem schopny značně snížit odpor vody.
Když se obyčejný předmět ve vodě rychle pohybuje, víry se tvoří až za tělem. Tlak v oblasti vírů klesá, což má na tělo brzdný účinek. Jednou z hypotéz vysvětlujících prudký pokles odporu vody u mečounů je, že meč umístěný vpředu slouží jako generátor víru. Díky tomu se ryba pohybuje ze všech stran obklopená víry – oblastmi nízkého tlaku, což odpovídá extrémně nízkému odporu vůči pohybu. Stejného efektu lze dosáhnout, pokud je povrch těla zdrsněn. Tím se naruší mezní vrstva mezi kapalinou a tělesem a proudění se změní na vír (turbulentní) po celé kontaktní ploše. Vědci stále nevědí, který z těchto mechanismů pro snížení odporu vůči pohybu je implementován u mečounů a delfínů.
Rybičky v hejnu jdou jedna za druhou a šetří síly na pohyb v tak hustém prostředí, jako je voda.
Proč chodí rybičky do hejn?
V hejnu ryb se pohybují jedním směrem jeden za druhým, jejich počet se může pohybovat od několika exemplářů až po několik milionů. Plavání v hejnu je nejen bezpečnější, ale také energeticky výnosnější, protože každá ryba je držena přesně za vrtěním ocasu vpředu, což za sebou zanechává turbulence, které ženou plavající se zezadu dopředu. Speciální receptory postranních linií pomáhají pohybovat se tak, aby byly přesně mezi dvěma víry zanechanými plavoucí rybou vpředu.
Díky dlouhému a aerodynamickému tělu nabízí štika rybáři menší odpor než okoun s krátkým tělem stejné hmotnosti.
Fyzika pro rybáře
Pochopení toho, jaké síly vznikají při pohybu ryb, vám pomůže vybrat nejlepší taktiku rybolovu. Při překonávání odporu vody ryba utrácí energii. Odporová síla je úměrná největší ploše průřezu rybího těla a vyvinutá síla je úměrná hmotnosti jejích svalů. Pokud se velikost ryby zdvojnásobí, pak se plocha průřezu a odporová síla zvýší čtyřikrát a tělesná hmotnost se zvýší osmkrát. V důsledku toho se poměr svalové síly k síle odporu vody zdvojnásobí. Energie, kterou ryba vynaloží na pohyb ve vodě, se rovná součinu síly odporu a délky ujeté dráhy a síla odporu vody je úměrná druhé mocnině rychlosti pohybu. Pokud ryba zdvojnásobí rychlost, síla odporu vody se zvýší čtyřnásobně. V důsledku toho se náklady na energii při cestování po stejné trase čtyřnásobně zvýší. Síla vyvinutá rybou se rovná součinu odporové síly a rychlosti pohybu, tedy úměrné třetí mocnině rychlosti. Chcete-li rybu unavit a nepřetěžovat náčiní, musíte jí umožnit co nejrychlejší pohyb.
Nyní se podívejme na síly, které vznikají při kousání a hraní ryb. Vezměme si například přívlač – náčiní, které vnímá a pohlcuje energii trhnutí ryby v okamžiku, kdy uchopí návnadu a když se snaží rychlostí vrhání uniknout. Uvažujme například štiku dlouhou 1 m, vážící 8 kg a rychlost házení 8 m/s; štika dlouhá 50 cm, vážící 1 kg a rychlostí 5 m/s a velmi malá (20 cm; 0,15 kg; 2 m/s). Při pohybu uvedenou rychlostí bude přítlačná síla 8kilogramové štiky 18,5 kg; kilogram – 1,3 kg; a hmotnosti 0,15 kg – 0,2 kg.
V případě, že štika zaútočí na nástrahu ve směru od rybáře, zažije náčiní náraz, při kterém se kinetická energie ryby přemění na energii pružné deformace vlasce a prutu. Nárazová síla je nepřímo úměrná elastické deformaci, tedy přímo úměrná tuhosti systému „line-rod“. Osmikilogramová štika, která vyvinula vrh 8 m/s, má kinetickou energii 256 J. Pokud je deformace prutu a vlasce 6 m, pak štika vyvine na vlasec průměrnou sílu 4,3 kg, a maximální síla 8,6 kg.
Porovnejme způsob výpočtu s výsledky experimentů provedených na dynamometru. Lžíce byla vhozena do jezírka na vlasec o délce cca 30 m. Po uchopení nástrahy se délka vlasce zvětšila o 20 % (tedy o 6 m) a špička prutu se pohnula ve směru škubnutí o 0,75 m. Velikost síly vzniklé při chycení ryby o hmotnosti 7 kg byla 2,6 kg a maximum dosáhlo 5,2 kg. Při délce vedení 15 m se průměrná síla zvýšila na 4,7 kg a maximální na 9,4 kg. V plném souladu s teorií se ukázalo, že síla je nepřímo úměrná deformaci ozubeného kola a zdvojnásobila se. Ichtyologové vědí, že ve většině případů je rychlost průměrné ryby přímo úměrná odmocnině její délky, tedy úměrná tělesné hmotnosti. Následkem toho může štika o hmotnosti 7 kg dosáhnout rychlosti 7 m/s a akumulovat energii 171,5 J. Podle experimentu byla celková deformace kusu vlasce dlouhého 30 m a prutu 6,75 m. Podle výpočtů , průměrná síla nárazu bude 2,5 kg a maximální 5 kg. Jak vidíme, výsledky výpočtů a experimentů se shodují.
Zajímalo by mě, jakou sílu ukáže siloměr, když se v popsaném pokusu nahradí monofilní vlasec pletenou šňůrou, jejíž průtažnost je alespoň dvacetkrát menší? Celková deformace ozubeného kola bude přibližně 1 m a maximální síla se zvýší 6,75krát. Prut bude zasažen silou 34 kg! Všimněte si, že pokud je v okamžiku nárazu tyč nasměrována podél šňůry, síla se zvýší třikrát více. Vydrží „hluché“ náčiní takovou zátěž? Výhodou navijáku není jen to, že s ním lze daleko nahazovat návnadu a provádět aportování. Když je chycena velká ryba, naviják vám umožní uvolnit vlasec, čímž se sníží zatížení nejen všech prvků náčiní, ale také rybí tlamy.
