I mammiferi hanno bisogno di un modo per espellere i liquidi extra e i prodotti di scarto del metabolismo. Ma devono anche farlo su un’enorme gamma di dimensioni corporee, da un gatto di 3 kg a un elefante di 5000 kg. Come usano la fisica per assicurarsi che tutti possano fare pipì in un tempo ragionevole?
La legge della minzione è un esempio di allometria, lo studio della relazione tra le dimensioni del corpo e qualsiasi numero di variabili, tra cui la forma del corpo, l’anatomia, la fisiologia o il comportamento. In questo studio, abbiamo esaminato quanto velocemente gli animali possono rilasciare l’urina, pur essendo un fattore 1000 in dimensioni. La vasta gamma di dimensioni del corpo animale è uno dei motivi per cui gli animali hanno un aspetto e si muovono in modo così diverso, dal capodoglio ai balenotteri.
La comprensione della minzione ci ha richiesto di utilizzare le leggi della meccanica dei fluidi, lo studio del movimento e delle forze dei gas e dei liquidi, come l’aria e l’acqua. La meccanica dei fluidi rende eccitanti gli sport, come il softball, il calcio e il surf. Fenomeni come la turbolenza, l’imprevedibilità intrinseca dei flussi fluidi veloci, possono influenzare il tempo atmosferico e i viaggi in aereo. Le idee della meccanica dei fluidi possono anche essere usate per modellare il movimento delle formiche o delle auto nel traffico.
Se volete approfondire le equazioni che dettano la legge di Toricelli, Hu ha scritto un’altra lezione per MIT Blossoms. Qui c’è un’ora di attività intervallate da lezioni. Una lezione simile spiega come le zanzare volano sotto la pioggia.
Se la fisica del movimento animale vi interessa, questo è solo l’inizio. Impara come i serpenti possono volare, le formiche possono collegare i loro corpi per costruire zattere impermeabili, e come i robot possono essere progettati sulla base di meduse, cavalieri d’acqua e scarafaggi. Questo campo si chiama biomeccanica comparata, e David Hu ha un libro sull’argomento con la Princeton University Press.