Стая - необходимая форма существования птиц или рыб, когда каждый её член оказывается наиболее защищён, если он является членом стаи. Но даже одни и те же рыбы, такие, как, паример, тунцы, могут объединяться, по крайней мере, в два вида стай. При необходимости пересекать большие расстояния, то особи каждого вида в отдельности образуют свою собственную стаю, в которую собираются все виды, независимо от размеров или возраста. Такая стая всей массой откочёвывает, проплывая расстояния в тысячи километров. Когда стая оказывается у конечной цели своего вояжа, там, где много корма, стая распадается на отдельные косяки, которые состоят уже из особей равного размера.
Как взаимодействуют в движущеся стае или косяке птицы или рыбы? Какие силы возникают в процессе движения?
В.В.Шулейкин пишет, как вела себя стая журавлей, решившая переночевать на берегу перед предстоящим перелётом через Чёрное море. Птицы смешались в беспорядочную стаю, которая медленно перемещалась вдоль берега. Учёный пишет:
"При этом необычайно ярко проявились те пондеромоторные силы, которые возникли между ними; птиц резко бросало из стороны в сторону, заставляя отклоняться от курса то влево, то вправо и описывать какую-то зигзагообразную линию. Но эти броски тотчас же прекратились, как только стая журавлей построилась в характерный журавлиный "клин"; рсположившись таким образом, птицы полетели совершенно спокойно, не мешая одна другой и двигаясь по прямой линии".
Наблюдения за движением птиц в стае или рыб в косяках показывают, что между отдельными особями возникают пондеромоторные силы взаимодействия, которые особенно хорошо проявляются при движении в воде крупных рыб.
Орнитологи давно предлагали множество гипотез, пытаясь объяснить движение птиц правильным стоем, "строем уступа". Считалось, что сильный вожак создаёт своим движением условия для более оптимального полёта птиц именно в том случае, когда все остальные летят клином.
В вопросе "Странный угол" рассматриваются пондеромоторные силы, действующие на два движущиеся в жидкости относительно друг друга шара. В частности, если шары одинаковы и движутся в одном направлении с одинаковой скоростью, то на шары действует сила, исчезающая при угле между направлением движения и прямой, соединяющей центра шаров, равном 54o40'. При этом движущиеся шары не взаимодействуют. Если угол превышает указанный, то движущиеся шары притягиваются, а при меньшем - отталкиваются, причём тем сильнее, чем этот угол ближе к нулю, то есть, когда шары движутся один в кильватере другого.
Здесь следует учитывать, что как летящие птицы, так и плывущие рыбы движутся не пассивно, а совершают колебательные движения как крыльями (плавниками), так и всем телом. Это должно вызвать колебания скорости движения и появления соответсвующих ускорений. Здесь следует сказать об ещё одном важном обстоятельстве. Исходя из приведённого выше выражения для силы взаимодействия можно видеть, что эта сила пропорциональна шестой степени размера движущегося объекта. Но так как расстояние между объектами тоже меняется в зависимости от размеров, то в итоге эта сила убывает пропорционально четвёртой степени размера. Поэтому приведённые рассуждения справедливы только для относительно крупных птиц и рыб.
Это объясняет, почему крупные рыбы или птицы в движении придерживаются строя уступа, образуя, подобно журавлям клин, или косую линию, как это свойственно летящим гусям или бакланам.
Мелкие рыбы, как и мелкие птицы, внутри движущейся стаи могут располагаться как угодно, лишь бы не мешать друг другу в полёте. Но границы такой летящей стаи в полёте резко обозначены. Наблюдения показывают, что такие стаи принимают форму капли. Если форма стаи почему-либо меняется, то возникают гидродинамические силы, лействующие в таком направлении, что форма станет такой, при которой внешние воздействия станут минимальными. Даже если от такой стаи оттобьётся отдельная рыба или птица, то упомянутые силы втянут беглянку в "каплю", подобно тому, как движущееся в жидкости или газе тело больших размеров притягивает к себе более мелкие тела.
Однако, косяк, как пишет журнал "Вопросы ихтиологии", 1988, т 28 вып.1, передвигаясь как единое целое, часто имеет вид непрерывной извивающейся ленты. В нём каждая рыба занимает строго определённое положение, что определяется также законами гидродинамики.
Каждый большой косяк представляет собой совокупность маленьких стаек, состоящих их 4-5 рыб. Интересно, что стайки занимают положение, соответвующее узлам тетраэдрической решётки. Это обеспечивает наиболее плотную "упаковку" рыб движущейся стаи.