Perché le anatre nuotano in fila dietro la madre?

In natura tutto accade per un motivo, nulla è casuale. Piante e animali vivono, si nutrono e si muovono seguendo il loro istinto e le loro necessità. Inoltre, anche il modo in cui svolgono queste azioni ha delle precise motivazioni, anche se gli animali stessi non sempre se ne rendono conto. Spesso, infatti, le abitudini degli animali e delle piante sono figlie dell’evoluzione: vivono in un determinato modo perché è il più efficiente per loro. Non ci pensano più di tanto, non svolgono calcoli complicati, lo fanno perché è il modo giusto di sfruttare la natura. L’uomo, invece, è diverso. Noi dobbiamo analizzare, studiare e capire tutto quello che ci circonda. Magari, potrebbe esserci utile. Così, se vediamo un pesce che nuota più veloce, vogliamo capire come e perché. Ugualmente, se, su un laghetto, vediamo una famiglia di anatre ci chiediamo: “Perché le anatre nuotano in fila dietro la madre?”.

Una spinta in più per le anatre in fila

Guardando una famiglia di anatre che nuota tranquilla in fila indiana, in un gruppo ben organizzato, ci chiediamo:

• Perché nuotano in formazione?
• Qual è la migliore disposizione per nuotare?
• Quanta energia conserva ogni anatra della fila?

Per rispondere a queste domande e alla più generale “Perché le anatre nuotano in fila dietro la madre?” è stato sviluppato un modello matematico. Chiaramente, i risultati ottenuti valgono tanto per le anatre quanto per le papere e altri uccelli acquatici che seguono questo schema. Lo studio condotto ha analizzato la resistenza delle onde sui piccoli di anatra e ha spiegato il motivo di questa disposizione. Quando un gruppo di uccelli acquatici si sposta nuotando, il componente in testa genera delle piccole onde che investono il resto della fila. Gli altri animali in fila cavalcano queste onde e l’effetto che ne segue è una riduzione della resistenza d’onda. Inoltre, le onde subiscono un fenomeno distruttivo di interferenza che genera una forza propulsiva che spinge in avanti l’anatroccolo.

La fisica del perché le anatre nuotano in fila dietro la madre

Le anatre, dunque, viaggiando in gruppi ben organizzati, sfruttano la fisica dei vortici di scia e nuotano in maniera più efficiente risparmiando energia. Alcuni studi affermano che gli anatroccoli risparmiano fino al 62.8% d’energia nuotando dietro la madre. Il motivo è dato da come le onde agiscono sui corpi.

Se consideriamo un’anatra che ferma in acque calme, questa sarà soggetta solamente alla pressione idrostatica in direzione verticale. La situazione cambia se questa stessa anatra comincia a nuotare. Spostandosi, comincerà a cavalcare le onde con il petto sulla cresta dell’onda e l’addome sulla zona di depressione dell’onda. L’altezza e l’andamento delle onde influisce sulla distribuzione di pressione che, in questo caso, genera una forza di resistenza opposta al movimento dell’anatra. Questa, dunque, dovrà faticare di più.

Ora, invece, ipotizziamo questa stessa onda ma sfasata di 180^°. In questo caso, l’addome si trova sulla cresta dell’onda, zona di sovrappressione, mentre, il petto è soggetto alla zona di depressione. Questa distribuzione delle pressioni fa sì che l’anatra sia spinta dall’onda e non più contrastata, risparmiando fatica. Questo spiega perché le anatre nuotano in fila dietro la madre. È necessario, però, che la mamma in testa alla fila e l’anatroccolo che la chiude, nuotino alla stessa velocità per mantenere le onde in fase.

Gli anatroccoli in formazione

Le onde di scia generate dalla madre, perciò, possono colpire il resto della fila generando una resistenza maggiore o una forza propulsiva. Dalle analisi matematiche si è vista quale deve essere la formazione giusta per ottenere l’effetto favorevole di spinta. Gli anatroccoli devono nuotare lungo una fila, esattamente allineati dietro la madre e distribuiti uniformemente alla distanza di una lunghezza d’onda l’uno dall’altro. In questo modo, si mantiene la fase delle onde e se ne sfruttano gli effetti. Questi risultati combaciano perfettamente con le osservazioni. Ciò vuol dire che gli uccelli acquatici nuotano nella formazione più efficiente anche senza averla studiata o analizzata.

Risparmio d’energia: il perché le anatre nuotano in fila dietro la madre

Le anatre sanno come organizzarsi per spostarsi in maniera conveniente. Ma quant’è conveniente? E, soprattutto, chi ne trae più vantaggio?

Mamma anatra in testa alla fila, guida il gruppo e genera le onde. L’anatroccolo subito dopo è il più fortunato e la sua resistenza delle onde si riduce di un fattore pari al 158%. Questo vuol dire che, non solo non subisce la resistenza delle onde, ma anzi sfrutta parte dell’energia delle onde per spostarsi in avanti. Dopo il primo, l’energia delle onde si riduce e la resistenza del secondo anatroccolo si riduce di un fattore del 132%. Dal terzo anatroccolo in poi, invece, il fattore di riduzione scende al 100%. Questo significa che gli ultimi della fila non godono di una forza propulsiva in più ma, in ogni caso, non subiscono la resistenza delle onde. Ecco perché le anatre nuotano in fila dietro la madre.

Questo delicato sistema d’equilibrio è possibile solo se tutti i componenti rimangono in fila, nelle giuste posizioni e viene mantenuto dal cosiddetto passaggio d’onda.

Il meccanismo del passaggio dell’onda

Per spiegare perché le anatre nuotano in fila dietro la madre, è necessario illustrare il meccanismo del passaggio dell’onda. Questo è il delicato processo che permette agli anatroccoli di sfruttare l’energia dell’onda e passare quell’onda all’anatroccolo dietro. L’anatroccolo che riceve l’onda deve trovarsi in una posizione ottimale con il suo modello d’onda e, così, si verifica interferenza tra le due onde. In questo modo, diminuisce l’altezza delle onde a valle e cambia anche la distribuzione d’energia. Le onde generate dissipano meno energia lateralmente, energia che si concentra nel cuneo di poppa dell’onda e si rende potenzialmente disponibile per chi nuota dietro. Una volta raggiunto l’equilibrio dinamico, la resistenza totale dell’intero gruppo di anatre rimane costante.

Considerazioni finali sul perché le anatre nuotano in fila dietro la madre

È importante da notare che fin ora si è parlato solo di resistenza d’onda, che viene annullata usando l’energia delle onde. Ciò non vuol dire che le anatre non sono soggette a nessuna resistenza. Infatti, è ancora presente la resistenza viscosa data dal pelo dell’acqua. Questa viene trascurata nel modello matematico perché non ha un contributo rilevante e nella realtà le piume idrofobe delle anatre la riducono ulteriormente.

Studiati i principi del perché le anatre nuotano in fila dietro la madre, questi potranno essere applicati a progetti di navi o barche per aumentarne l’efficienza.