Физики разобрались с движением баранов сквозь ворота

Испанские физики изучили движение стада овец сквозь узкие ворота и проследили за тем, как при этом образуются пробки. По словам авторов, овцы в данном случае являются удобной промежуточной системой для исследования эвакуации людей в случае чрезвычайных ситуаций. Работа исследователей опубликована в Physical Review E, кратко о ней пишет Science.

Статистические данные о движении овец авторы собирали на одной из близлежащих испанских ферм. Поведение животных записывали на видео, которое пропускали сквозь систему распознавания изображения, переводящую движение овец в движение материальных точек. Дальнейшая обработка результатов проводилась на базе аппарата динамики сыпучих сред — раздела физики на стыке статистики, теории хаоса и коллоидной химии.

Ученые обнаружили, что движение овец (как и движение песка в некоторых обстоятельствах) происходит рывками, которые прерываются периодическими «пробками». Длительность этих заторов распределена экспоненциально, то есть частота их возникновения обратно пропорциональна константе, возведенной в степень длительности затора. Внешние обстоятельства — например, увеличение ширины ворот — не влияют на характер этой зависимости, но изменяют наклон прямой (в логарифмических координатах) и среднюю скорость движения.

Интересно, что ускорить эвакуацию можно было не только путем расширения ворот. Можно было поместить перед воротами препятствия: в таком случае овцы были бы вынуждены обходить их с двух сторон, в результате чего длительные заторы появлялись бы реже. Подобная технология используется и при работе с сыпучими средами, а несколько лет назад ее предложили использовать для ускорения эвакуации людей. В работе японских ученых эффективность препятствия была показана в эксперименте с добровольцами. Авторы новой статьи указывают на то, что в лабораторных условиях добровольцы ведут себя совсем не так, как люди в случае реальной опасности для жизни — именно поэтому для более достоверного моделирования ученым пришлось обратится к овцам.