Los animales que nadan y vuelan están óptimamente adaptados para navegar por sus entornos, produciendo empuje a través de propulsores:alas para pájaros y aletas caudales para peces. Durante millones de años la morfología de estos animales evolucionó para un crucero de máxima eficiencia, y hace unos 30 años, Los investigadores propusieron que la mayoría de los nadadores navegan dentro de un rango estrecho de números de Strouhal; estos son números adimensionales que describen el flujo oscilante. Y más recientemente, Los investigadores determinaron que los animales voladores navegan en el mismo rango de números de Strouhal.

Específicamente, para nadar y volar animales, el número de Strouhal se define como St =f / U * A, donde f es la frecuencia de oscilación, U es el caudal, y A es la amplitud de oscilación. Y el rango estrecho de números de Strouhal en el que los animales que nadan y vuelan cruzan es 0.2

está bien. Entonces, ¿por qué este estrecho rango de números es el más eficiente? Daniel Floryan, Tyler Van Buren y Alexander J. Smits, ingenieros mecánicos de la Universidad de Princeton, realizó un estudio sobre la eficiencia de los animales que nadan y vuelan para responder a esa pregunta.

Utilizaron una configuración experimental derivada de estudios anteriores, que consistía en un perfil aerodinámico en un túnel de agua. La superficie aerodinámica realizó movimientos de cabeceo y cabeceo biológicamente relevantes que fueron medidos por codificadores. Los investigadores realizaron experimentos sobre todas las combinaciones posibles de parámetros cinéticos y analizaron matemáticamente los datos resultantes.

Dado que el arrastre nunca se puede eliminar por completo, la eficiencia perfecta no es posible. Pero los animales seleccionados como los más aptos han evolucionado a un rango limitado de parámetros altamente eficientes.
Un animal que nada a velocidad constante crea empuje con su aleta caudal, y vivencias de arrastre producidas por dos fuentes:su cuerpo, y el arrastre "compensado" causado por el área frontal del propulsor proyectada sobre su rango de movimiento.

Para animales voladores, la física es algo diferente ya que sus propulsores necesitan resistir la gravedad además de proporcionar empuje. Sin embargo, la necesidad de producir sustentación no afecta la física de la propulsión y la resistencia cuando el animal está a una velocidad de crucero constante.

En estudios anteriores, Los investigadores sugirieron que los movimientos de gran amplitud establecen el número de Strouhal para un crucero eficiente. Los autores del estudio actual argumentan que la amplitud establece la eficiencia total sin dictar el número de Strouhal óptimo. En lugar de, los autores escriben, "El arrastre de compensación es crucial para determinar el comportamiento de Strouhal bajo y establecer el Strouhal particular en el que se produce la eficiencia máxima".

Arrastrar resulta ser la clave. Basado en su análisis, Los investigadores concluyen que el rango de números de Strouhal que define la navegación altamente eficiente para los animales que nadan y vuelan está determinado en gran medida por el arrastre del fluido en las aletas y alas. "En otras palabras, "concluyen los autores, "Las consideraciones energéticas establecen la cinemática del propulsor en la más eficiente, y el empuje neto del propulsor a máxima eficiencia equilibra la resistencia del cuerpo para establecer la velocidad de crucero ".

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