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大雁為什麼會排成一字飛行

生活更新时间:2024-09-10 20:49:27

長期以來，人們認為會飛和會遊泳的動物通過高度組織化的群體運動來降低旅途中的能量消耗，并達到提高運動能力的目的。在這方面一個經典的例子是大雁，它們會排成“人字形”，利用前面大雁産生的尾流來提高升力。

大雁為什麼會排成一字飛行（大雁編隊飛行與鴨子編隊遊泳原理不同）1

我們知道，升力是由上下兩個表面的空氣壓力差産生。但是，這也産生了一個問題，氣體會從壓力高的地方移動到壓力低的地方，從而在翅膀末梢處形成了一個向上的繞流，接着向後發展成一串渦流。這種渦流對自身來說是不利的，它降低了升力并增加了阻力，我們把這種由升力誘導出來的阻力稱為附加阻力。

大雁為什麼會排成一字飛行（大雁編隊飛行與鴨子編隊遊泳原理不同）2

但是，在後面的大雁可以利用這種渦流，從而達到提高升力減少能量消耗的目的。當空氣流過翅膀時，氣流在上表面可能會發生紊亂甚至脫離，造成了升力的損失。但是，如果讓前面大雁産生的渦流通過後面大雁翅膀的上表面，那麼這些渦流就會引導上表面氣流更順暢地流動，從而保持住升力。這樣一來，大雁群體的總能量消耗就會降低。

事實上，飛機上也有很多這樣的例子。民航客機的發動機挂在機翼下面，它離機翼前緣太近，在飛機大攻角的情況下，可能對機翼上表面的氣流進行遮擋，造成上表面氣流的紊亂。于是，發動機表面有一個大刀狀渦流發生器，産生的渦流經過上翼面，使上翼面氣流更順暢。除了發動機之外，機翼表面也有一排渦流發生器。鴨翼戰鬥機的鴨翼也可以起到類似的作用。

大雁為什麼會排成一字飛行（大雁編隊飛行與鴨子編隊遊泳原理不同）3

大多數這樣的研究都集中在單一的流體介質中。而水禽在水面上遊泳也會采取編隊的方式，這是空氣和水的界面。1994年，科學家研究發現，小鴨子跟在鴨媽媽身後遊泳時，它可以節省62.8%的能量代謝。長期以來，人們一直認為鴨子編隊遊泳與大雁編隊飛行節省能量的方式相同。但現在，科學家用一個新的模型，從一個新的角度來解釋鴨子編隊遊泳的節能方式。

他們發現了兩個有趣的知識點：乘波和波傳遞。通過乘坐母鴨産生的波浪，小鴨子可以顯著地獲得波浪阻力的降低。如果處在特殊點上，它還可以将波浪阻力變為正的，也就是說波浪推動着小鴨子前進。産生正推力的原因是小鴨子的胸在波谷的位置，而腹部處在波峰之上。

大雁為什麼會排成一字飛行（大雁編隊飛行與鴨子編隊遊泳原理不同）4

需要指出的是，隻有當這隻小鴨與波浪的相對位置保持不變時，它從波浪中得到的益處才能持續下去。它要求小鴨子的前進速度必須等于波浪的群速度。在這種平衡狀态下，每一個個體都扮演着波的傳遞者的角色，将波的能量傳遞給後面的那個個體，而沒有任何能量損失。

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