自然科普:小鸭子拍浮,为甚么要排成“一”字形?

时间:2023-02-07 03:54:44来源:JAYCOB信息站 作者:娱乐

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古话说得好:人如其名。科普而名字里有鱼的小鸭人,也会对鱼充满偏爱吧。拍浮排成比如有位名为Frank Fish的为甚健身操红马鞍双人舞教授,他就走漏表示自身也很喜好Fish。一

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不过这位“鱼教授”弗兰克·费什不只爱鱼,自然字形也爱水里的科普鸭鸭。作为一名生物学教授,小鸭他研讨的拍浮排成重要倾向是植物的活动动力学。1994年,为甚弗兰克教授揭橥了一篇鸭鸭拍浮的一文章,研讨了鸭鸭们列队拍浮时的自然字形能量消耗。

但关于鸭鸭拍浮的科普研讨还没中缀,2021年,元志明(Zhiming Yuan)博士研讨团队又揭橥了一篇新的鸭鸭拍浮论文。这两篇研讨合营取得了本年的弄笑诺贝尔奖物理学奖。

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元志明博士在弄笑诺贝尔奖中引见鸭鸭列队丨弄笑诺贝尔奖

鸭鸭拍浮,弹跳健身操完整版音乐教案究竟是有甚么诱人魔力让研讨者“沉沦”?

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一鸭一鸭游丨Satya Prakash Karan/Youtube

披荆斩棘的鸭鸭

选秀节目里,每个团队的舞台扮演都很考究走位这件事,鸭鸭的“水上公演舞台”也不例外。“一”字形确实是鸭鸭团的标配队形。

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跟着游丨Vicki Jauron/宝贝lon and Beyond Photography

鸭鸭们喜好“一字前行”的缘由原由还处于研讨傍边,不过这类队形带来的益处却逐渐出现:省力。可以说是“不是由于省力才列队,而是由于列队才省力”。

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野鸭们在实验装配中,太想念有氧健身操怎么办研讨人员经由进程测量耗氧量状况来计算代谢率丨参考资料[2]

弗兰克在研讨中“练习”了几只一天大年夜的野鸭,让他们可以在实验装配里跟着雌性鸭子拍浮前行。随后,他们区分对停顿到3天、7天和14天的鸭子停止实验测量。对鸭鸭们的代谢测量注解,跟着行中小鸭数量的促进,每只小鸭的能量消耗降低。这项实验从代谢的幼儿舞蹈减肥健身操完整版角度证了然列队活动中的能量消耗假定

而省力面前的缘由原由,是由于“浪”。

元志明博士等人对鸭鸭停止了7年的不雅测,并建树了相关的数学模型,发清楚明了鸭鸭拍浮时的波浪秘密。

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鸭鸭在运动水面、波长相同但相位不合水面中的受力争。(绿色曲线走漏表示水面,蓝色曲线走漏表示对小鸭子体表的懒人健身操的减肥视频教程压力,箭头走漏表示力的倾向)丨参考文献[3]

在“一字队形”中,当小鸭位于母鸭逝世后最适宜的位置时,此时的波浪阻力会变成“正值”——阻力的倾向变成和小鸭同向了,此时波的相位如上图d中所示。换句话说,这时辰间的阻力实践上变成了从后往前的推力,“推进”小鸭子披荆斩棘。更微妙的是,这类状况可以经由进程队形中的小鸭子们停止坚持。大年夜鸭逝世后的第一只小鸭和第二只小鸭都遭到了推进,从而可以省力前行。从第三个小鸭子末尾到末尾,一般遭到的力会逐渐趋近于零,从而杀青一种静态平衡。

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列队前行丨Martin Diebel/Discovery

哪有甚么年光静好,只不过是有头鸭在为你负重前行。这类乘浪和传浪 (Wave-riding and Wave-passing)的机制,让追跟着大年夜鸭拍浮的小鸭子们迟滞无阻。

鸭省力,船省油

在水里游的不只要鸭,还有船。既然鸭鸭这么聪明,那人类当然也要给船注入一些聪颖。

武汉理工大年夜学的研讨团队就对不合的船舶编队构型停止了剖析,效果发明串联型的船队队形总阻力系数取得了有效的降低,也就是说它更节能。

想得远一点,有没有能够今后全部海上火车……元志明博士的团队还真的在研讨相关的概念,盼看可以也许提高的海上运输屈服。

谁不等候《帆海王》里的海上列车走进实践呢。

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冒烟汤姆海上火车丨帆海王wiki

参考文献

[1] Fish, Fish, Fish - Improbable Research. https://improbable.com/airchives/paperair/volume12/v12i3/Fish-v12i3.pdf

[2]Fish, Frank E. "Energy conservation by formation swimming: metabolic evidence from ducklings." Mechanics and physiology of animal swimming (1994): 193-204.

[3]Yuan, Zhi-Ming, et al. "Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming." Journal of Fluid Mechanics 928 (2021).

[4]鸭群过河,为甚么排成 “一” 字形?学问分子.

http://zhishifenzi.blog.caixin.com/archives/250888




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