E8 Hidrodinámica de Cardúmenes

Tópico

La hidrodinámica de cardúmenes describe cómo la interacción entre los campos de flujo que genera cada pez, cuando varios peces nadan en proximidad unos de otros, puede reducir el costo energético individual de cada uno y crear estructuras de vorticidad colectiva que benefician a los peces que nadan aguas abajo del resto. Este fenómeno es el equivalente acuático del rebufo que aprovechan los ciclistas cuando ruedan en pelotón: un pez que nada dentro de la estela de otro puede aprovechar los vórtices que ese otro pez deja atrás para extraer energía del fluido, en vez de gastar su propia energía depositándola en el fluido como ocurre en el nado normal.

Cuando un pez nada dentro de la estela de vórtices contrarrotantes que deja otro pez, y si se posiciona correctamente dentro de esa estela, puede adoptar un modo de nado llamado Kármán-gaiting: sincroniza el movimiento de su propia aleta caudal con la frecuencia de los vórtices de la estela, extrayendo energía de ellos del mismo modo en que un surfista extrae energía de una ola en vez de tener que generar su propio impulso.

Este efecto hidromecánico de extraer energía de la estela del pez líder exige que se cumplan dos condiciones a la vez: que la distancia entre ambos peces se mantenga dentro de un rango óptimo, de entre tres y cinco décimas de la longitud del propio cuerpo, y que la frecuencia de batido del pez que sigue esté sincronizada, en fase, con los vórtices de la estela que deja el pez líder.

La reducción del costo de transporte que logra el pez seguidor gracias a esta formación de cardumen puede modelarse con la teoría del potencial aplicada a la interacción entre torbellinos: la velocidad que los vórtices de la estela del pez líder inducen sobre el pez seguidor aumenta la velocidad efectiva de avance de este último sin que le cueste energía adicional, reduciendo su costo de transporte entre un diez y un cuarenta por ciento respecto de lo que le costaría nadar solo.

Cuando este mismo efecto se repite entre todos los peces del cardumen, la vorticidad colectiva que resulta ya no se limita a la escala de un solo pez, sino que forma estructuras coherentes de una escala mayor que la longitud de cualquier pez individual, y esas estructuras afectan el campo de presiones de todo el grupo, no solo el de los pares líder-seguidor considerados de a uno.

El comportamiento esperado dentro de esta hidrodinámica de cardúmenes es que la posición más ventajosa para un pez dentro del cardumen no es la que está directamente detrás del pez líder, sino una posición desplazada lateralmente y ligeramente atrasada respecto a él, ubicada en el flanco de los vórtices de su estela, donde la velocidad inducida sobre el pez seguidor alcanza su valor máximo.

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