Рух велосипедистів у пелотоні описали за допомогою циркуляції рідини

Американські фізики показали, що рух велосипедистів всередині пелотону нагадує циркуляцію рідини, і описали два типи хвиль, які можуть поширюватися по групі. Несподівано виявилося, що гонщики зовсім не прагнуть зайняти найбільш аеродинамічно вигідне становище, але намагаються утримувати своїх сусідів в області периферичного зору. Про це вчені повідомили на 71-ій щорічній зустрічі Відділу гідродинаміки Американського фізичного співтовариства (71st Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics). Коротко про дослідження повідомляє Phys.org.

Як правило, протягом велогонки велосипедисти розділяються на три групи: пелотон (основна група), «відрив» (найшвидші гонщики) і «відвал» (відстаючі). У пелотоні гонщики їдуть дуже тісно один до одного і рухаються як єдине ціле, нагадуючи косяк риб або рій бджіл. Це дозволяє велосипедистам економити енергію: основний удар набігаючого повітря припадає на перші ряди, тоді як інші велосипедисти знаходяться в аеродинамічній тіні. За різними оцінками, опір повітря, яке діє на учасників основної групи, становить приблизно 5-10 відсотків від опору повітря, що обдуває одиночного велосипедиста.

З іншого боку, пелотон - чудовий приклад колективного руху активної матерії. Активна матерія - це система, що складається з великого числа активних об'єктів, які споживають енергію і рухаються як єдине ціле. Розділ фізики конденсованого стану, який вивчає такі системи, в даний час активно розвивається: перша модель, що описує поведінку активної матерії, була запропонована в 1995 році, а всього через десять років дослідники виявили в ній фазовий перехід і запропонували узагальнення. На жаль, вчені все ще погано розуміють, які процеси керують такими системами. Тому важливо знайти закономірності в русі активних об'єктів, які допоможуть розробити коректну теорію. У цьому сенсі рух велосипедистів становить особливий інтерес, оскільки вчені можуть не тільки спостерігати за їхньою поведінкою, а й встановити мотивацію окремих гонщиків - на відміну від риб або бджіл, людей можна запитати або піддати докладному обстеженню.

Група вчених під керівництвом Джессі Бельдена (Jesse Belden) досліджувала поведінку пелотону за допомогою аерофотозйомки кількох велогонок. В результаті фізики виявили, що рух гонщиків всередині пелотону нагадує циркуляцію почесної рідини, а також виділили два типи хвиль, які можуть поширюватися по групі. По-перше, хвилі можуть бігати вздовж напрямку руху групи - наприклад, коли гонщики різко гальмують, змушуючи групу стискатися. По-друге, по групі можуть поширюватися поперечні хвилі, які виникають, коли велосипедисти об'їжджають перешкоду або намагаються зайняти більш вигідну позицію.

Крім того, фізики показали, що динаміка пелотону в основному визначається зором велосипедистів. Справді, кожен гонщик утримує своїх сусідів у полі периферичного зору, яке порівняно добре відстежує рух. Крім того, швидкість руху хвиль можна пов'язати зі швидкістю реакції велосипедистів і відстанню між членами групи. З іншого боку, аеродинамічні ефекти практично не впливають на русі пелотону як цілого, хоча і позначаються на русі крайніх рядів. Автори статті підкреслюють, що велосипедисти зовсім не прагнуть прийняти найбільш аеродинамічно вигідну форму, хоча раніше вчені вважали, що саме це прагнення найбільше впливає на динаміку пелотону.

У червні 2017 року дослідники з Центральної школи Ліона виявили, що рух футболістів під час футбольних матчів нагадує рух частинок у почесних шарах рідини в обмеженому обсязі. Незважаючи на те, що в кожен момент часу рух футболістів дотримувався якоїсь тактики, тобто був осмисленим, на великому часовому масштабі гравці в середньому змінюють свій напрямок руху на 120 градусів, як і частинки в рідині. У грудні 2016 фізики з Франції та Аргентини показали, що для формування косяків учасникам руху досить просто бачити і реагувати на моментальну присутність інших об'єктів. А в березні 2016 року вчені з Туреччини, Франції та Великобританії навчилися керувати колективним рухом активної матерії за допомогою неупорядкованого зовнішнього впливу.