鱼为什么侧身游动？

uesoft

什么是进化呢？
从数学角度看，进化就是生物体的一个时间序列，也就是微分方程的时间域的解。
因此，鱼身体进化就是微分方程在空间域和时间域的一个优化过程，基本上就是NS方程在在空间域和时间域的一组有约束最优化解。

飞跃重洋

感谢楼上各位老师给出的解答，一并感谢了！

以下是loessking朋友在另一个帖子里的回复，贴到这里来，和大家分享。

原帖由 loessking 于 2012-4-15 14:16 发表

                               
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看你问得这么急，仅就我所知说几句（算不上解答，因为并无把握）：1）你应当知道如下事实：鱼靠鳃呼吸并通常有较大的（水深）活动区域、尾鳍主要功能在于沿身体“中面”左右摆动提供推力、海水有浮力并且存在垂向压力梯度，所以尾鳍左右摆动并不会影响到“中面”的稳定性（不稳定的代价是能耗高），但是（倘若）上下运动却会产生这个问题。2）鲸鱼等哺乳动物身躯较大且多呈圆柱型，它们多数只能在靠近水面不远的区域活动，速度也较慢，这样发生在鱼类上下摆动尾鳍时的“弊端”相应较小 或不复存在。

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另外，木有想到 uesoft 老师居然还翻出了我五年前的帖子，谢谢您的关注和解答，呵呵。

俺只学过一些很简单的工程流体力学。时常有些不明白的问题，在这个论坛都得到大家热情的解答和帮助，非常地感谢!

loessking

看你问得急切，简单说了几句（由于不知道除我所说的道理之外，是否还有其他更重要的机理），又不想错过当晚10点的连续剧，表述似乎不大清楚。现在竟然看到了感谢的话，本论坛可不多见哦！

onesupeng

原帖由 通流 于 2012-4-15 14:25 发表

                               
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别只是“可能”啊。你大概是这方面的专家，给点科学的解释啊。

比如我瞎猜一个。为了生存，鱼的左右转弯比上下转弯更重要。

我和coolboy就贝努力讨论很激烈，去助阵吧。谁有道理你帮谁去

ustcsunl

进化原因和力学无关。

seaharrier

原帖由 ustcsunl 于 2012-4-16 23:03 发表

                               
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进化原因和力学无关。

我非常赞同您的观点，

如果用数学的或者物理的理论来解释鱼的游动方式，
就好像给了鱼一种自然的感觉，就是这样游舒服，其他方式不舒服。

通流

应该说是有些有关，有些可能没有关系。不过如果不懂力学，你又怎么知道那些是有关的呢？

uesoft

科学讨论不是投票、不是打群架、不是靠人多，靠合理假设、分析、推理、归纳、综合。年轻人不妨启动游刃有余的Fluent，做一个鱼和鳔模型，给出的结果对讨论更有帮助。

coolboy

原帖由 uesoft 于 2012-4-19 08:54 发表

                               
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科学讨论不是投票、不是打群架、不是靠人多，靠合理假设、分析、推理、归纳、综合。年轻人不妨启动游刃有余的Fluent，做一个鱼和鳔模型，给出的结果对讨论更有帮助。

科学讨论中出现的打群架事件的有趣之处是有些参与打架的人在还没分清“保皇派”和“造反派”的基本观点的前题下就冲上去开始了“坚决拥护”，“誓死捍卫”，“彻底打倒”等的战斗行动，哈哈。

分清“保皇派”和“造反派”的基本观点远比那看清谁带红袖套或谁带穿白褂子要难多了。当然，也不能排除是借所谓的“误伤”来出一口平时不可出的恶气。
     

周华

我觉得如果大家认为“适者生存”是有道理的，那么就应该相信，鱼在力学上应该是合理的。鱼在水下运动，无疑需要足够的推力维持向前运动，同时还要保持运动的稳定性。这点跟潜艇运动的原理是相同的。在所有设计中，左右对称的设计在稳定性、操纵性上都更合理，这就是为什么大多数鱼类都是现在我们看到的样子的原因。

coolboy

“适者生存”的进化论有道理。曾经解释过为什么鱼肚子是白的，而鱼背是黑的：

Generally speaking, fish's back skin receives direct sunlight from above whereas fish's stomach receives indirect sunlight either reflected from the bottom of the river/lake or scattered from the particles suspended in the water below the fish. In either case, the fish receives much more visible sunlight on its back skin than its stomach skin. In the process of evolution, fish likes to hide itself for survival. As a result, the stomach skin that receives much less visible sunlight will have much greater reflectivity than the back skin so that the reflected sunlight as a whole will give one very little information or contrast that there is a fish at that location. This is why fish's stomach is white.

重力的等位势面是水平面。在等位势面上通过垂直向扁型鱼身的左右摆动自由地改变速度和方向要方便一些吧。

onesupeng

原帖由 周华 于 2012-4-16 02:08 发表

                               
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还是有区别的吧，鱼类上升下降都是靠鱼鳔调节浮力（单凭摆尾做上下机动的话，最终还是会落回原来的深度），这个过程需要的时间要大于左右转向的时间，所以鱼类在逃生时会选择左右转向，而不是上下转向。

就我个人的知识面谈点周老师说的这个问题。我仍然觉得可能是稳定性的问题，但具体我不清楚，有机会可以研究一下。

鱼类中鳍呈扇状（或者有辐射状）的有鳔，这部分鱼确实能够调节浮力，但不是上下机动的动力来源。而还有很大一部分鱼不存在鳔，是靠胸鳍运动来控制其深度。

另外，实际上鱼类密度和水的密度差异非常小，除去近地效应和水面效应，鱼类上下摆动和左右摆动的动力学环境相当。实际上，大部分鱼类重力中心和浮力中心不重合，随时可能翻转，是否左右摆动容易维持这种姿势？

onesupeng

更感兴趣的可以读这个人的文章

http://www.people.fas.harvard.edu/~glauder/download.htm

onesupeng

其实，每种生物长什么样、怎么运动、怎样的生活习惯等，都和他生存的环境、天敌、猎物等有关系，只是看哪一个因素占主导了。

xrs333

原帖由 coolboy 于 2012-4-20 04:14 发表

                               
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在等位势面上通过垂直向扁型鱼身的左右摆动自由地改变速度和方向要方便一些吧。

这是假定鱼是被捕食者。但是，对于捕食者来说，也同样地方便吧。