Les mammifères ont besoin d’un moyen d’excréter les liquides supplémentaires et les déchets du métabolisme. Mais ils doivent également le faire sur une gamme massive de tailles de corps, d’un chat de 3 kg à un éléphant de 5000 kg. Comment utilisent-ils la physique pour s’assurer qu’ils peuvent tous faire pipi en un temps raisonnable ?
La loi de la miction est un exemple d’allométrie, l’étude de la relation entre la taille du corps et un certain nombre de variables, y compris la forme du corps, l’anatomie, la physiologie ou le comportement. Dans cette étude, nous avons examiné à quelle vitesse les animaux peuvent libérer de l’urine, malgré une taille de l’ordre de 1000 fois supérieure. Le large éventail de tailles corporelles des animaux est l’une des raisons pour lesquelles les animaux ont une apparence et des mouvements si différents, du spermatozoïde au cachalot.
Pour comprendre la miction, nous avons dû utiliser les lois de la mécanique des fluides, l’étude du mouvement et des forces des gaz et des liquides, comme l’air et l’eau. La mécanique des fluides rend les sports passionnants, comme le softball, le football et le surf. Des phénomènes comme la turbulence, l’imprévisibilité inhérente aux écoulements rapides de fluides, peuvent influencer la météo et les voyages en avion. Les idées de la mécanique des fluides peuvent même être utilisées pour modéliser le mouvement des fourmis ou des voitures dans la circulation.
Si vous voulez approfondir les équations qui dictent la loi de Toricelli, Hu a écrit une autre leçon pour MIT Blossoms. Voici une heure d’activités entrecoupées de cours. Une leçon de style similaire explique comment les moustiques volent sous la pluie.
Si la physique du mouvement des animaux vous intéresse, ce n’est que le début. Apprenez comment les serpents peuvent voler, comment les fourmis peuvent relier leurs corps pour construire des radeaux étanches et comment les robots peuvent être conçus d’après les méduses, les stridents aquatiques et les cafards. Ce domaine s’appelle la biomécanique comparative, et David Hu a publié un livre sur le sujet chez Princeton University Press.