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古話說得好：人如其名。而名字里有魚的人，也會對魚充滿偏愛吧。比如有位名為Frank Fish的教授，他就表示自己也很喜歡Fish。

不過這位“魚教授”弗蘭克·費什不僅愛魚，也愛水里的鴨鴨。作為一名生物學(xué)教授，他研究的主要方向是動物的運動動力學(xué)。1994年，弗蘭克教授發(fā)表了一篇鴨鴨游泳的文章，研究了鴨鴨們列隊游泳時的能量消耗。

但關(guān)于鴨鴨游泳的研究還沒結(jié)束，2021年，元志明（Zhiming Yuan）博士研究團隊又發(fā)表了一篇新的鴨鴨游泳論文。這兩篇研究共同獲得了今年的搞笑諾貝爾獎物理學(xué)獎。

元志明博士在搞笑諾貝爾獎中介紹鴨鴨列隊丨搞笑諾貝爾獎

鴨鴨游泳，到底是有什么迷人魔力讓研究者“沉淪”？

一鴨一鴨游丨Satya Prakash Karan/Youtube

乘風(fēng)破浪的鴨鴨

選秀節(jié)目里，每個團隊的舞臺表演都很講究走位這件事，鴨鴨的“水上公演舞臺”也不例外。“一”字形簡直是鴨鴨團的標配隊形。

跟著游丨Vicki Jauron/Babylon and Beyond Photography

鴨鴨們喜歡“一字前行”的原因還處于研究之中，不過這種隊形帶來的好處卻逐漸呈現(xiàn)：省力?？梢哉f是“不是因為省力才排隊，而是因為排隊才省力”。

野鴨們在實驗裝置中，研究人員通過測量耗氧量情況來計算代謝率丨參考資料[2]

弗蘭克在研究中“訓(xùn)練”了幾只一天大的野鴨，讓他們可以在實驗裝置里跟著雌性鴨子游泳前行。隨后，他們分別對生長到3天、7天和14天的鴨子進行實驗測量。對鴨鴨們的代謝測量表明，隨著行中小鴨數(shù)量的增加，每只小鴨的能量消耗降低。這項實驗從代謝的角度證明了列隊運動中的能量消耗假設(shè)。

而省力背后的原因，是因為“浪”。

元志明博士等人對鴨鴨進行了7年的觀測，并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)了鴨鴨游泳時的波浪秘密。

鴨鴨在靜止水面、波長相同但相位不同水面中的受力圖。（綠色曲線表示水面，藍色曲線表示對小鴨子體表的壓力，箭頭表示力的方向）丨參考文獻[3]

在“一字隊形”中，當小鴨位于母鴨身后最恰當?shù)奈恢脮r，此時的波浪阻力會變成“正值”——阻力的方向變成和小鴨同向了，此時波的相位如上圖d中所示。換句話說，這時候的阻力實際上變成了從后往前的推力，“推動”小鴨子乘風(fēng)破浪。更微妙的是，這種情況可以通過隊形中的小鴨子們進行維持。大鴨身后的第一只小鴨和第二只小鴨都受到了推動，從而可以省力前行。從第三個小鴨子開始到最后，個體受到的力會逐漸趨近于零，從而達成一種動態(tài)平衡。

列隊前行丨Martin Diebel/Discovery

哪有什么歲月靜好，只不過是有頭鴨在為你負重前行。這種乘浪和傳浪 （Wave-riding and Wave-passing）的機制，讓跟隨著大鴨游泳的小鴨子們暢通無阻。

鴨省力，船省油

在水里游的不僅有鴨，還有船。既然鴨鴨這么聰明，那人類當然也要給船注入一些智慧。

武漢理工大學(xué)的研究團隊就對不同的船舶編隊構(gòu)型進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)串聯(lián)型的船隊隊形總阻力系數(shù)得到了有效的降低，也就是說它更節(jié)能。

想得遠一點，有沒有可能以后整個海上火車……元志明博士的團隊還真的在研究相關(guān)的概念，希望能夠提高的海上運輸效率。

誰不期待《航海王》里的海上列車走進現(xiàn)實呢。

冒煙湯姆海上火車丨航海王wiki

參考文獻

[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]鴨群過河，為什么排成 “一” 字形？知識分子.

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