Modos de Locomoção e Eficiência

Por que nadar, voar e correr têm suas próprias físicas e custos de energia, e o que torna uma forma de locomoção mais barata que outra.

Definition

Modos de locomoção são as distintas maneiras pelas quais os animais se impulsionam — principalmente natação, voo e locomoção terrestre — e a eficiência locomotora é a economia com que cada modo move um animal, comumente expressa como o custo de transporte, a energia necessária para transportar uma unidade de massa corporal por uma unidade de distância.

Scope

Este tópico abrange os principais modos de locomoção animal e sua eficiência energética: natação e o arrasto de mover-se na água, voo e a geração de sustentação, locomoção terrestre e o uso de andamentos, e a comparação desses modos através do custo de transporte. Ele trata de como o meio, o tamanho do corpo e a velocidade determinam a energia necessária para percorrer uma dada distância e por que cada modo é eficiente sob suas próprias condições. A cobertura é comparativa e mecanicista.

Core questions

• Quais forças físicas dominam a natação, o voo e a corrida?
• Como a eficiência energética da locomoção é medida e comparada?
• Por que os animais usam diferentes andamentos em diferentes velocidades?
• Como o meio e o tamanho do corpo determinam qual modo de movimento é o mais barato?

Key theories

Custo de transporte entre modos locomotores

A energia para mover uma unidade de massa corporal por uma unidade de distância difere sistematicamente entre natação, voo e corrida, sendo a natação geralmente a mais barata e a corrida a mais cara por distância, e diminui com o tamanho do corpo dentro de cada modo.

Seleção de andamento por economia

Animais terrestres alternam entre andamentos como andar, trotar e galopar em velocidades onde cada um se torna o mais econômico, refletindo a mudança na mecânica e no uso de energia da locomoção com a velocidade.

Mechanisms

Cada modo de locomoção lida com forças diferentes. Nadadores devem superar o arrasto e a densidade da água e gerar propulsão por ondulação ou apêndices, alcançando baixo custo de transporte porque a água suporta seu peso. Voadores devem gerar sustentação para se manterem no ar, bem como propulsão para avançar, tornando o voo poderoso, mas, por distância, moderadamente econômico para animais que viajam longas distâncias. Animais terrestres suportam seu peso contra a gravidade e aceleram e desaceleram seus membros e corpos a cada passada, o que torna a corrida relativamente custosa, embora o armazenamento de energia elástica e a escolha do andamento reduzam a despesa. A comparação de modos com o custo de transporte mostra que, para um dado tamanho corporal, a natação é geralmente a mais barata e a corrida a mais cara, e que animais maiores se movem mais economicamente por unidade de massa dentro de cada modo. Esses padrões explicam por que os animais são adaptados a meios e distâncias de viagem particulares.

Clinical relevance

O estudo comparativo da eficiência locomotora informa a compreensão do custo energético do movimento, do andamento e do exercício, e orienta o projeto de veículos e robôs eficientes. Esta entrada é material de referência educacional e não fornece orientação médica.

History

As medições de Schmidt-Nielsen e Taylor do custo energético da locomoção em animais e modos estabeleceram a estrutura do custo de transporte, os estudos de Tucker sobre a energética do voo quantificaram o custo de voar, e as análises de Alexander sobre andamento e similaridade dinâmica explicaram por que os animais se movem como o fazem.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Robert McNeill Alexander
• Charles Richard Taylor
• Vance Tucker

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• alexander2003
• hill2016

Frequently asked questions

Qual forma de locomoção é a mais eficiente em termos de energia?

Para um dado tamanho corporal, a natação geralmente tem o menor custo de transporte porque a água suporta o peso do animal, enquanto a corrida tende a ser a mais cara por distância percorrida.

Por que os animais mudam de andamento à medida que aceleram?

Cada andamento é mais econômico em uma certa faixa de velocidades, então os animais mudam de andar para trotar e para galopar nos pontos em que o novo andamento usa menos energia.