Däggdjur behöver ett sätt att utsöndra extra vätska och avfallsprodukter från ämnesomsättningen. Men de måste också göra det över ett enormt spann i kroppsstorlek, från en katt på 3 kg till en elefant på 5 000 kg. Hur använder de fysiken för att se till att alla kan kissa på en rimlig tid?
Lagen om urinering är ett exempel på allometri, studiet av förhållandet mellan kroppsstorlek och ett antal variabler, inklusive kroppsform, anatomi, fysiologi eller beteende. I den här studien undersökte vi hur snabbt djur kan släppa ut urin trots att de är en faktor 1000 i storlek. Det breda spektrumet av djurens kroppsstorlekar är en av anledningarna till att djuren ser så olika ut och rör sig så olika, från spermier till kaskeloter.
För att förstå urinering krävdes det att vi använde oss av lagar från strömningsmekaniken, studiet av rörelser och krafter hos gaser och vätskor, som luft och vatten. Fluidmekaniken gör sport spännande, som softball, fotboll och surfing. Fenomen som turbulens, den inneboende oförutsägbarheten i snabba vätskeflöden, kan påverka vädret och flygresor. Idéer från flödesmekaniken kan till och med användas för att modellera myrors eller bilars rörelser i trafiken.
Om du vill gå in på ekvationerna som dikterar Toricellis lag har Hu skrivit en annan lektion för MIT Blossoms. Här finns en timme med aktiviteter varvat med föreläsning. En lektion i liknande stil går igenom hur myggor flyger i regnet.
Om fysiken i djurens rörelse intresserar dig är detta bara början. Lär dig hur ormar kan flyga, hur myror kan koppla ihop sina kroppar för att bygga vattentäta flottar och hur robotar kan utformas efter maneter, vattenriddare och kackerlackor. Detta område kallas komparativ biomekanik, och David Hu har skrivit en bok om ämnet på Princeton University Press.