第32个第⼀届搞笑诺⻉尔奖,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。⽽名字⾥有⻥的⼈,也会对⻥充满偏爱吧。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“⻥教授”弗兰克·费什不仅爱⻥,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⻉尔奖物理学奖。
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乘⻛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,他们分别对⽣⻓到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。这项实验从代谢的⻆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、波⻓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”⼩鸭⼦乘⻛破浪。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⻋……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》⾥的海上列⻋⾛进现实呢。
冒烟汤姆海上⽕⻋⼁航海王wiki