新模型揭示了“群集”行为

   日期:2019-01-11     浏览:11    评论:0    
核心提示:了解湍流是如何改变一群鸟、一群昆虫甚至一场海藻爆发的形状和过程的,可以帮助我们更好地预测它们对环境的影响。动物群体在个体

了解湍流是如何改变一群鸟、一群昆虫甚至一场海藻爆发的形状和过程的,可以帮助我们更好地预测它们对环境的影响。

动物群体在个体间的社会交往中经常表现出复杂的、协调的行为。这种集体运动提供了自然界中一些最壮观的表演。
现在纽卡斯尔大学的数学家们首次研究了周围的流体环境——比如空气和水——如何影响模型鸟群的形状。
今天发表在学术期刊《物理评论E》上的这项研究计算了旋涡流和“群”之间的相互作用,并描述了旋涡——湍流的组成部分——如何影响群的形状。
揭示了一个现象第一次描述了在16世纪的达芬奇和好奇的观察人士至今,研究作者安德鲁·巴格利博士说,新的数学模型可以帮助我们更好地预测的第一步,例如,传播疾病的昆虫。
认为,“这是自然生物这显示我们任期植绒的行为自然会倾向于聚集在一起,形成一个球体,因为这种形状提供了最大数量的最大保护,”安德鲁·巴格利博士解释说,位于纽卡斯尔大学数学与统计学院。
“这篇论文解释的是,潜在的湍流——由许许多多小型龙卷风形成的看不见的漩涡——如何破坏这些鸟群的稳定,将它们推到漩涡的边缘,在某些情况下,还有方向的变化;随着水流的增加,对鸟群的影响变得更加明显。
“通过了解这一点,它可以帮助我们更准确地预测藻华可能发生在哪里,或者如果疾病由昆虫传播,它可能如何传播。”
这篇论文展示了这些较大生物体的行为如何模仿粒子在分子水平上的行为,即粒子被推离中心,聚集在涡旋边缘。
“龙卷风是一个极端的例子,但我们都可以想象《绿野仙踪》的开头,多萝西的房子和其他一切都在边缘旋转。”烟圈是相似的,但规模较小。
“我们正在展示的是,在宏观尺度上,潜在的、旋转的流体流动有着惊人的强大影响。”
一个数学方程量化的形状一群表示为:F =(P2 - 4πs)/(P2 + 4πs),这也可以用来了解其他类型的“集群”行为,Baggaley博士说。
例如,在重金属音乐会上,一个类似的模型被用来模拟人们在狂舞池中的动作。
“虽然诱因不同——很明显,空气中的湍流不会改变踩踏人群的方向——但数学原理是一样的。”

 
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