ไขความลับธรรมชาติ! วิศวกรรมคลื่นในฝูงลูกเป็ด

        เวลาที่เราเห็นขบวนลูกเป็ดตัวน้อยว่ายน้ำเรียงแถวตอนเรียงหนึ่งตามหลังแม่เป็ด เรามักจะมองว่าเป็นภาพความน่ารักเพื่อป้องกันการพลัดหลง แต่ในความเป็นจริงแล้ว ธรรมชาติได้ซ่อนกลไกทางฟิสิกส์อันซับซ้อนและแยบยลไว้เบื้องหลังการจัดขบวนนี้ ซึ่งแท้จริงแล้วมันคือสุดยอดเทคนิคการประหยัดพลังงานที่ช่วยให้ลูกเป็ดเดินทางไปพร้อมกับแม่ได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพอย่างเหลือเชื่อ

วิศวกรรมคลื่นและการหักล้างของแรงต้าน

        งานวิจัยทางด้านพลศาสตร์ของไหล (Fluid dynamics) ที่ตีพิมพ์ในปี 2021 โดยทีมนักวิจัยนำโดย ดร. จื้อหมิง หยวน (Zhiming Yuan) จากมหาวิทยาลัยสแตรธไคลด์ (University of Strathclyde) ได้อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่า เมื่อแม่เป็ดว่ายน้ำจะแหวกผิวน้ำและสร้างระลอกคลื่นแผ่ออกไปทางด้านหลัง คล้ายกับเรือที่แล่นผ่านผิวน้ำ หากลูกเป็ดว่ายน้ำอยู่ในตำแหน่งที่พอดีหรือ "จุดสวีตสปอต" (Sweet spot) ระลอกคลื่นที่แม่เป็ดสร้างขึ้นจะเกิดการแทรกสอดของคลื่นแบบหักล้าง (Destructive interference) ส่งผลให้แรงต้านของคลื่น (Wave drag) ที่คอยขวางกั้นการเคลื่อนที่ของลูกเป็ดหายไป และลดลงได้สูงสุดถึง 158 เปอร์เซ็นต์

การเปลี่ยนแรงต้านให้เป็นแรงผลักและการส่งต่อพลังงาน

        เมื่อแรงต้านหายไป พลังงานคลื่นเหล่านั้นจะเปลี่ยนสถานะกลายเป็น "แรงผลัก" ที่ช่วยดันให้ลูกเป็ดพุ่งไปข้างหน้า เปรียบเสมือนการเล่นกระดานโต้คลื่น (Wave-riding) อยู่ตลอดเวลา ที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้นคือ พลังงานคลื่นนี้ถูกส่งต่อเป็นทอด ๆ ไปยังลูกเป็ดตัวที่อยู่ถัดไปในแถว โดยลูกเป็ดตัวที่สามเป็นต้นไป แรงต้านของคลื่นจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ ทำให้ทั้งฝูงเข้าสู่สภาวะสมดุลพลวัต (Dynamic equilibrium) ซึ่งลูกเป็ดแต่ละตัวจะทำหน้าที่เป็นจุดถ่ายทอดและส่งต่อพลังงานคลื่นไปสู่พี่น้องตัวข้างหลังอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่ปล่อยให้พลังงานสูญเปล่า

        การว่ายน้ำต่อคิวกันเป็นแถวเรียงหนึ่งของฝูงลูกเป็ด จึงไม่ใช่เพียงแค่สัญชาตญาณในการติดตามแม่เท่านั้น แต่เป็นกลยุทธ์ทางฟิสิกส์อันชาญฉลาดที่ธรรมชาติออกแบบมาอย่างแยบยล ช่วยให้ลูกเป็ดทั้งฝูงสามารถเดินทางระยะไกลไปพร้อมกับแม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประหยัดแรงงานในการว่ายน้ำมากกว่าการแยกตัวออกมาว่ายลำพังอย่างมหาศาล ถือเป็นบทพิสูจน์ชั้นยอดว่าความเรียบง่ายในธรรมชาติมักแฝงไปด้วยความมหัศจรรย์ทางวิทยาศาสตร์ที่มนุษย์ต้องทึ่งเสมอ

[แหล่งอ้างอิง]

[1] Conover, Emily. "Here's the physics of why ducklings swim in a row behind their mother." Science News, 2021.
[2] University of Strathclyde. "Riding the waves keeps ducks in a row." Phys .org, 2021.
[3] Yuan, Z.-M., et al. "Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming." Journal of Fluid Mechanics, 2021. DOI: 10.1017/jfm.2021.820