E8 Hidrodinâmica de Cardumes

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A hidrodinâmica de cardumes descreve como a interação entre os campos de fluxo gerados por cada peixe, quando vários peixes nadam próximos uns dos outros, pode reduzir o custo energético individual de cada peixe e criar estruturas de vorticidade coletivas que beneficiam os peixes que nadam rio abaixo. Esse fenômeno é o equivalente aquático do vácuo que os ciclistas usam quando andam em pelotão: um peixe nadando na esteira de outro pode aproveitar os vórtices deixados pelo outro peixe para extrair energia do fluido, em vez de gastar sua própria energia depositando-a no fluido, como acontece na natação normal.

Quando um peixe nada na esteira de vórtices contrarrotativos deixados por outro peixe, e se posiciona corretamente dentro dessa esteira, ele pode adotar um modo de natação chamado "marcha de Kármán": ele sincroniza o movimento de sua própria nadadeira caudal com a frequência dos vórtices na esteira, extraindo energia deles da mesma forma que um surfista extrai energia de uma onda, em vez de ter que gerar seu próprio impulso.

Este efeito hidromecânico de extração de energia do rastro do peixe líder requer que duas condições sejam atendidas simultaneamente: que a distância entre os dois peixes permaneça dentro de uma faixa ideal, entre três e cinco décimos do comprimento de seus corpos, e que a frequência de batimento do peixe seguidor esteja sincronizada, em fase, com os vórtices no rastro deixado pelo peixe líder.

A redução no custo de transporte alcançada pelo peixe seguidor graças a essa formação em cardume pode ser modelada usando a teoria do potencial aplicada à interação entre vórtices: a velocidade que os vórtices no rastro do peixe líder induzem no peixe seguidor aumenta a velocidade efetiva de deslocamento deste último sem exigir energia adicional, reduzindo seu custo de transporte entre dez e quarenta por cento em comparação com o custo de nadar sozinho.

Quando esse mesmo efeito se repete entre todos os peixes do cardume, a vorticidade coletiva resultante não se limita mais à escala de um único peixe, mas forma estruturas coerentes em uma escala maior que o comprimento de qualquer peixe individual. Essas estruturas afetam o campo de pressão de todo o grupo, não apenas o dos pares líder-seguidor considerados individualmente.

O comportamento esperado dentro dessa hidrodinâmica de cardume é que a posição mais vantajosa para um peixe dentro do cardume não seja diretamente atrás do líder, mas sim uma posição lateralmente deslocada e ligeiramente atrás dele, localizada na lateral dos vórtices em seu rastro, onde a velocidade induzida no seguidor atinge seu valor máximo.

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