鸭鸭划水全靠脚？不，还有浪（不是形容词）丨搞笑诺奖

第32个第一届搞笑诺贝尔奖，今天隆重开奖啦！果壳第一时间带来了颁奖回顾和解读。

你正在阅读的这篇文章，是对本届物理奖研究的介绍。

如果想看今年所有奖项的总结，请戳这里：2022搞笑诺奖合集。

古话说得好：人如其名。比如杰伦就让人们为Jay沉沦，易峰就容易被封。

而名字里有鱼的人，也会对鱼充满偏爱吧。比如有位名为Frank Fish的教授，他就表示自己也很喜欢Fish。

不过这位“鱼教授”弗兰克·费什不仅爱鱼，也爱水里的鸭鸭。作为一名生物学教授，他研究的主要方向是动物的运动动力学。1994年，弗兰克教授发表了一篇鸭鸭游泳的文章，研究了鸭鸭们列队游泳时的能量消耗。

但关于鸭鸭游泳的研究还没结束，2021年，元志明（Zhiming Yuan）博士研究团队又发表了一篇新的鸭鸭游泳论文。这两篇研究共同获得了今年的搞笑诺贝尔奖物理学奖。

元志明博士在搞笑诺贝尔奖中介绍鸭鸭列队丨搞笑诺贝尔奖

鸭鸭游泳，到底是有什么迷人魔力让研究者“沉沦”？

一鸭一鸭游丨Satya Prakash Karan/Youtube

乘风破浪的鸭鸭

选秀节目里，每个团队的舞台表演都很讲究走位这件事，鸭鸭的“水上公演舞台”也不例外。“一”字形简直是鸭鸭团的标配队形。

跟着游丨Vicki Jauron/Babylon and Beyond Photography

鸭鸭们喜欢“一字前行”的原因还在处于研究之中，不过这种队形带来的好处却逐渐呈现：省力。可以说是“不是因为省力才排队，而是因为排队才省力”。

野鸭们在实验装置中，研究人员通过测量耗氧量情况来计算代谢率丨参考资料[2]

弗兰克在研究中“训练”了几只一天大的野鸭，让他们可以在实验装置里跟着雌性鸭子游泳前行。随后，他们分别对生长到3天、7天和14天的鸭子进行实验测量。对鸭鸭们的代谢测量表明，随着行中小鸭数量的增加，每只小鸭的能量消耗降低。这项实验从代谢的角度证明了列队运动中的能量消耗假设。

而省力背后的原因，是因为“浪”。

元志明博士等人对鸭鸭进行了7年的观测，并建立了相关的数学模型，发现了鸭鸭游泳时的波浪秘密。

鸭鸭在静止水面、波长相同但相位不同水面中的受力图。（绿色曲线表示水面，蓝色曲线表示对小鸭子体表的压力，箭头表示力的方向）丨参考文献[3]

在“一字队形”中，当小鸭位于母鸭身后最恰当的位置时，此时的波浪阻力会变成“正值”——阻力的方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，这时候的阻力实际上变成了从后往前的推力，“推动”小鸭子乘风破浪。更微妙的是，这种情况可以通过队形中的小鸭子们进行维持。大鸭身后的第一只小鸭和第二只小鸭都受到了推动，从而可以省力前行。从第三个小鸭子开始到最后，个体受到的力会逐渐趋近于零，从而达成一种动态平衡。

列队前行丨Martin Diebel/Discovery

哪有什么岁月静好，只不过是有头鸭在为你负重前行。这种乘浪和传浪 （Wave-riding and Wave-passing）的机制，让跟随着大鸭游泳的小鸭子们畅通无阻。

鸭省力，船省油

在水里游的不仅有鸭，还有船。既然鸭鸭这么聪明，那人类当然也要给船注入一些智慧。

武汉理工大学的研究团队就对不同的船舶编队构型进行了分析，结果发现串联型的船队队形总阻力系数得到了有效的降低，也就是说它更节能。

想得远一点，有没有可能以后整个海上火车……元志明博士的团队还真的在研究相关的概念，希望能够提高的海上运输效率。

谁不期待《航海王》里的海上列车走进现实呢。

冒烟汤姆海上火车丨航海王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，为什么排成 “一” 字形？知识分子.http://zhishifenzi.blog.caixin.com/archives/250888

[5] He, Yangying, et al. "Will sailing in formation reduce energy consumption? Numerical prediction of resistance for ships in different formation configurations." Applied Energy 312 (2022): 118695.

作者：Owl

编辑：窗敲雨

题图：ROBYN BECK/Discovery

一个AI

我也给你讲小鸭子的故事。

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