La velocità di qualsiasi oggetto è un equilibrio tra la forza di trascinamento sull'oggetto e la spinta che l'oggetto può creare. Raggiungere velocità elevate, o forse più rilevante in questo caso, un'accelerazione elevata richiede di aumentare la spinta il più possibile mantenendo la resistenza più bassa possibile.

L'acqua è molto più densa dell'aria, ma questo influisce sulla resistenza soprattutto quando il flusso è turbolento e la resistenza è dominata da forze inerziali. In questo regime la resistenza è effettivamente dovuta alla necessità di spingere il mezzo fuori strada ed è più facile spingere l'aria a bassa densità rispetto all'acqua ad alta densità. Tuttavia, se si riesce a mantenere il flusso laminare, la densità non è un fattore così grande e la resistenza è dominata dalla viscosità del mezzo. L'acqua è molto più viscosa dell'aria (oltre che più densa) ma per oggetti aerodinamici la resistenza dovuta alla viscosità può essere mantenuta notevolmente bassa.

Dove vince l'acqua è che è molto più facile sviluppare una forte spinta in acqua che in aria. In un mezzo fluido, dove non c'è nulla di solido contro cui spingere, produci spinta fondamentalmente nello stesso modo di un razzo. Se spingi via una massa d'acqua $ m $ con una velocità $ v $, la quantità di moto dell'acqua cambia di $ mv $, il che significa che la tua quantità di moto cambia di $ -mv $. Quindi spingi l'acqua in una direzione e acceleri nell'altra direzione. La spinta che generi è semplicemente la velocità di variazione della quantità di moto dell'acqua.

E ora dovrebbe essere chiaro perché è più facile generare una spinta elevata in acqua che in aria. Poiché l'aria è a bassa densità, non puoi spingerne una massa elevata (a meno che tu non sia molto grande), quindi è difficile cambiare la sua quantità di moto di molto.

Quindi, per riassumere:

• in acqua la resistenza è elevata ma è facile generare una spinta elevata

• in aria la resistenza è bassa ma è difficile generare una spinta elevata.

Il confronto tra le velocità in acqua e in aria dipende dall'esatto compromesso tra resistenza e spinta.Il pesce vela può raggiungere velocità di 68 mph, ma lo fa principalmente essendo molto aerodinamico in modo da poter mantenere la resistenza più bassa possibile sfruttando l'alta spinta che possono ottenere dall'acqua.Gli uccelli generalmente non raggiungono velocità così elevate perché sebbene la resistenza nell'aria sia piccola, semplicemente non possono generare la spinta richiesta per le alte velocità.I falchi pellegrini possono raggiungere velocità di 200 mph, molto più veloci di un pesce vela, ma lo fanno solo nelle immersioni in cui la gravità fornisce la spinta.

Oltre a @JohnRennie e @WetSavannaAnimalakaRodVance che cercano di rispondere alla domanda in base alla stessa logica del mio primo punto di seguito, ho altri aspetti. In effetti ho capito che i miei altri due punti devono essere cruciali, altrimenti non ci sarebbe motivo per cui pesci e uccelli funzionino attualmente in modo molto diverso.

• Poiché l'acqua è più viscosa, il mezzo di spostamento in un leggero cambiamento di forma (del viaggiatore) si traduce in un angolo di curvatura maggiore; girare è più veloce.

• I pesci si muovono più come serpenti che girano il corpo da un lato all'altro in modo che i loro muscoli siano altrettanto buoni per girarsi quanto il gesto richiesto è simile. Gli uccelli si muovono in avanti sbattendo le ali e girando è necessario inclinare le ali, quindi avrebbero bisogno di muscoli secondari per farlo. Quindi i pesci devono essere superiori agli uccelli anatomicamente per cambiare direzione laterale.

• Gli uccelli devono usare l'energia per rimanere costantemente alla stessa altitudine con il movimento (sbattendo le ali). Mentre i pesci hanno un organo chiamato vescica natatoria per regolare la loro profondità. Se gli uccelli usassero lo stesso tipo di organo per l'altitudine (e fossero effettivamente denso come l'aria che li circonda), molto probabilmente si sarebbero evoluti per essere in grado di muoversi più agilmente lateralmente, proprio come i pesci. Edit: alcuni uccelli possono mantenere l'altitudine con un consumo energetico minimo estendendo le ali durante il volo. Tuttavia, questo non mette in dubbio il mio punto; mentre gli uccelli che volano in volo non possono fare mosse agili senza fermare il loro volo e perdere quota. Poi di nuovo i pesci possono utilizzare la loro vescica natatoria e contemporaneamente eseguire movimenti rapidi.

Dal tuo commento:

Qui è l'agilità, non la velocità

sembra che tu stia parlando della maggiore agilità di un pesce, cioè la sua capacità di cambiare direzione, riorientarsi e accelerare rapidamente. Puoi rispondere a questa domanda con un esperimento mentale: cosa succede se dreniamo l'aria intorno all'uccello (supponendo che possa ancora respirare)? Ci avvicineremmo alla situazione in cui l'uccello si trovava nello spazio; non c'è quindi nulla contro cui spingere e quindi non potrebbe cambiare affatto lo stato di movimento del suo centro di massa.

Uccelli e pesci cambiano il loro stato di movimento "lanciando" il fluido in cui sono immersi. Spingono sul fluido e il fluido spinge indietro su di loro, secondo la terza legge di Newton (vedi anche la domanda Cosa consente davvero Aeroplani per volare). Nel caso del pesce, il fluido ha una massa molto maggiore per unità di volume, quindi deve spingere molto meno di quel fluido per ottenere lo stesso impulso. È un po 'come l'esperimento mentale: immagina di essere nello spazio e di dover tornare alla tua astronave lanciando un secchio di palline che hai con te. Quale scenario ti consentirebbe di raggiungere il tuo obiettivo più velocemente: una data massa di sfere d'acciaio o la stessa massa composta da sfere di polistirolo della stessa dimensione (che avrebbero un volume totale molto più grande)? Penso che tu possa capire che le sfere d'acciaio renderebbero questo compito molto più semplice e veloce.

È come confrontare mele e arance!

I media sono il fattore più importante nel modo in cui le cose e gli animali si muovono al loro interno, non i pesci o gli uccelli!

Se aumenti l'acqua e l'aria in base alla loro densità e viscosità e prendi in considerazione la propulsione e la manovrabilità di uccelli e pesci, vedrai che entrambi offrono le stesse opportunità per gli animali di muoversi in modo più efficiente più o meno allo stesso livello!

Se consideri che gli uccelli hanno una densità molto leggera, hanno ossa cave e un peso molto inferiore a un pesce della stessa taglia, ti rendi conto che la natura li ha progettati per un mezzo diverso e le loro velocità e accelerazioni dovrebbero essere in riferimento a quel mezzo! Se imponi a un uccello le stesse forze che sono necessarie per manovrare un pesce mentre gira la coda, ad esempio, l'uccello si ferirà!

Naturalmente ci sono molti altri fattori che contribuiscono al modo in cui pesci e uccelli si muovono e girano, come la dimensione ottimale per l'ecosistema e l'equilibrio termico nel loro corpo, nella loro preda e nel loro predatore.

La cosa fondamentale è la dimensione / peso e il meccanismo di produzione dell'ascensore.A causa della galleggiabilità il pesce perde una parte del proprio peso mentre un uccello deve sostenere il proprio peso.

Tuttavia, un colibrì più piccolo genera una portanza maggiore grazie a una frequenza di flap alare più alta, quindi è molto più veloce della maggior parte dei pesci.Una libellula vola ancora più veloce, spinta da due paia di ali leggere sincronizzate.