به گزارش سرویس علمی جام نیوز به نقل از جام جم، این مساله که دلفینها چگونه می توانند سریع شنا کنند، دقیقا از صد سال پیش به یک معمای لاینحل برای دانشمندان تبدیل شد که تا همین چندی پیش هم کسی جواب آن را نمی دانست؛ اما بتازگی یک تحقیق علمی موفق شده پاسخی درخور برای این پرسش قدیمی پیدا کند.


شکل گیری یک معما


این پارادوکس دقیقا از سال 1315 هجری شمسی و توسط یک محقق بریتانیایی به نام سر جیمز گری مطرح شد. وی نخستین کسی بود که شنای دلفین ها را فرمول بندی کرد؛ اما داستان معمایی که وی طرح کرد دقیقا چیست؟

ای. اف. تامپسون دریانوردی بود که در همان سال با کشتی تفریحی خود از اقیانوس هند می گذشت. این دریانورد در یکی از سفرهای خود متوجه جست و خیز یک دلفین پوزه بطری در اطراف کشتی اش شد.

تامپسون شاهد بود که دلفین تنها ظرف هفت ثانیه توانست خود را به قایق حدود ده متری وی برساند و از آن جلو بزند. همین مشاهده ساده زیربنای معادله و پارادوکسی بود که جیمز گری آن را مطرح کرد و در دنیای علم از آن تحت عنوان «پارادوکس گری» یاد می شود. گری بر اساس روایت تامپسون نیرویی را که این پستاندار آبزی برای درنوردیدن دریا لازم داشته محاسبه کرد و به این نتیجه رسید که این حیوان، قطعا ماهیچه کافی برای تولید این نیروی خارق العاده را ندارد. حال پرسش اینجاست که اگر ماهیچه ها نیروی لازم را تولید نمی کند، پس منشأ نیروی پیشران دقیقا از کجاست؟


حل معما




دکتر فرانک فیش، یک زیست شناس دریایی از دانشگاه وست چستر ایالت پنسیلوانیا می گوید برای مدت زمان مدیدی همین سوال ساده، مناقشات زیادی را در جامعه علمی به وجود آورد، اما اکنون تحقیقات نشان می دهد منشأ نیروی خارق العاده ای که امکان شنای سریع و تعقیب را به دلفین های پوزه بطری می دهد، دم قدرتمندشان است.


دکتر فیش می گوید بر اساس قواعد فیزیک برای آن که موجودی در قد و اندازه دلفین بتواند با سرعت روی آب حرکت کند، آبی که روی پوستش جریان پیدا می کند، به جای روان بودن باید متلاطم باشد. اما مساله اینجاست که همین جریان متلاطم و ناآرام آب نیز دقیقا فشاری مضاعف را بر بدن حیوان وارد می کند.


دکتر فیش در ادامه افزود: «زمانی که جیمز گری متغیرهای مدنظر خود را به معادله اش وارد و این طور فرض کرد که جریان باید متلاطم باشد، در اصل به این جمع بندی رسید که بدن دلفین آن میزان و حجم عضله کافی را برای تولید نیرویی که بتواند او را به جلو سوق دهد، ندارد.» جیمز گری در عین حال این فرض را مطرح کرد که دلفین ها حداقل باید کاری انجام دهند که بتواند این جریان متلاطم را به جریان آرام و سیال تبدیل کند؛ اما تا امروز هیچ دانشمندی موفق نشده بود استراتژی این پستانداران را دقیقا شناسایی کند.


حباب ها + لیزرها = راه حل



در واقع بخشی از مشکل این بود که محققان نمی توانستند مستقیما نیرویی را که دلفین ها برای حرکت در آب وارد می کنند، اندازه گیری کنند. دکتر فیش این طور تشریح کرد که لازمه به دست آوردن این اطلاعات، این بود که دانشمندان با استفاده از ذرات مرئی نظیر دانه های شیشه ای کوچک بتوانند عکس العمل و شرایط مولکول های آب را زیرنظر داشته باشند.



دانه های شیشه ای بسیار ریز که از آنها نام برده شد، اغلب در معادلات تجربی مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. تحت این شرایط است که محققان می توانند با تابش یک سطح نور لیزری، تغییرات را بررسی کنند. در واقع عکس العمل دانه های شیشه ای نورانی نسبت به جسم شناور در آب، این امکان را می دهد که نیروهای تولیدی مشخص شود.


دکتر فیش در ادامه افزود که این کار عملی نیست، چرا که می تواند بشدت به دلفین ها صدمه وارد کند و هیچ محقق بااخلاقی راضی به چنین قساوتی نمی شود. اما شانس حل این معما را محققی به نام تیموتی وی از دانشگاه نبراسکا که روی شناگران المپیک تحقیق می کند، در اختیار دکتر فیش و همکارانش قرار داد. پروفسور وی که یک مهندس مکانیک است، پیشنهاد کرد برای این کار از یک دیواره یا غشای حبابی استفاده شود. خود وی نیز برای تعیین نیروی تولید شده توسط شناگرها از این روش استفاده می کند.


در نتیجه پروفسور فیش و همکارانش در دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا یک غشای حبابی درست کردند. دلفین ها معمولا از هر چیز جدیدی بشدت واهمه دارند. برخورد اولیه آنها نیز با کمی ترس همراه بود، اما سرانجام نوازش های مربیان اجازه امتحان کردن را به گروه تحقیقاتی داد.


دم در نقش فرمان



نتیجه این تحقیقات نشان داد بخش نوک تیز دم دلفین ها، عامل تولید همان انرژی خارق العاده است. دکتر فیش در این باره می گوید دم دلفین ها در واقع بال پرواز آنهاست.

دانش به کار رفته در آنالیز و تربیت شناگران المپیک معمای سرعت خارق العاده دلفین ها را حل کرد و مشخص شد ترتیب قرارگیری ماهیچه های دم نقش مهمی در سرعت و مانورپذیری حرکت این پستاندار دریایی دارد



نیروی بالابری که از تکان های رو به بالا و پایین دم حاصل می شود، دلفین ها را که بین 150 تا 650 کیلوگرم وزن دارند با شتاب هرچه بیشتر به سمت جلو هل می دهد. از طرف دیگر آزمایش ها نشان داد دم دلفین ها بشدت انعطاف پذیر است و همین مساله باعث می شود آنها بتوانند طیف وسیعی از سرعت ها را داشته باشند.



دکتر فیش در خاتمه افزود: «دلفین ها احتمالا مهار کنترل دم را مثل فرمان ماشین در اختیار دارند، چرا که در اصل هرچه سریع تر حرکت می کنند، دم آنها نیز سفت و محکم تر می ایستد. همین مساله در سرعت های بالا بر بازده شنای آنها نیز تاثیر می گذارد. از طرف دیگر این احتمال بعید نیست که دلفین ها از طریق کشش و انبساط ماهیچه هایشان بتوانند حرکت دم را مهار کنند.»

دکتر فیش و همکارانش هنوز در میانه راه تحقیقات خود هستند اما این مساله مهم است که کابوس معمای جیمز گری دیگر کمتر دانشمندان را آزار می دهد.

منبع:جام نیوز


لینک خبر : جام نیوز :: JamNews - حل معمای صدساله/ راز سرعت خارق العاده یک حیوان دوست داشتنی