مكانيك حركت ماهي ها
سه شنبه 7 مهر 1388 4:09 PM
مهندس جعفر سپهري هيات علمي دانشگاه جامع علمي كاربردي و مدرس دانشگاه
آزاد اسلامي ايران و زهراپريسا زارعي كارشناس ارشد فيزيك درياماهي چگونه
حركت مي‌كند
بيشتر جانداران اين توانايي را دارند كه انواع مانورهاي حركتي را انجام
دهند و همچنين مي‌توانند بخشي و يا همه بدن خود را در وضعيت خاص تعادلي
نگهدارند. حركت و تعادل جانداران يك مسئله مهم مكانيكي است. جانداران
دستگاه‌ها و ماشين‌هايي هستند كه به كمك نيروهايي به حركت درمي‌آيند و كار
را انجام مي‌دهند و ساختمان‌هايي هستند كه تحت اثر نيروهاي وارده در حالت
تعادل قرار مي‌گيرند. هر كدام از انواع جانوران داراي اعضاء و دستگاه‌هايي
هستند كه حركت و تعادل آنها را امكان‌پذير مي‌سازد. براي نمونه جانوران
زميني مانند انسان و چهارپايان به كمك سيستم استخوان‌بندي و
ماهيچه‌هاتوانايي انجام حركات گوناگوني بر روي زمين را دارند. جانداران
دريايي مانند ماهي‌ها و نهنگ‌ها داراي اعضايي مانند باله‌ها هستند و شكل
عمومي آنها طوري است كه براي شرايط دريايي و حركت در آن مناسبت تمام دارد.
در كل مي‌توان چنين گفت كه فرم ساختماني و عملكرد هريك از انواع جانوران
با شرايط محيطي آن جانور هماهنگي دارد و به عبارت مهندسي، جانوران
ماشين‌هايي هستند كه در طبيعت براي شرايط خاص محيطي خود و نيازهاي حياتي
وابسته به آن طراحي و ساخته شده‌اند. همچنين رديابي انواع جانوران در طي
دوران گذشته اين نتيجه را بدست داده است كه از ديدگاه تكاملي نيز تغييرات
فرمي جانوران در طول زمان همواره در جهتي صورت گرفته است كه كارآيي
مكانيكي آنها را به عنوان يك كاشين كامل افزايش بدهد.
بررسي و مطالعه مربوط به حركت و تعادل جانوران از ديدگاه مكانيكي داراي
وجوه و مسائل مكانيكي مشتركي است كه در مورد انواع جانوران يكسان است.
علاوه بر آن حركت و تعادل هريك از انواع جانوران از ويژگي‌هايي
برخورداراست كه ويژه آن جانور به‌خصوص است.
از ديدگاه مكانيكي (پويشي) ماهي‌ها چگونه حركت مي‌كنند؟
ماهيان، برحسب شكل، اندازه و چگونگي حركت داراي انواع گوناگوني هستند.
انواع گوناگون ماهي براي حركت رو به جلو و انجام مانورهاي حركتي از بخشي و
يا تمام بدن خود سود مي‌جويند. اندام محركه در ماهي‌ها داراي حركت نوساني
است. به كمك همين حركت نوساني است كه نيروي جلوبرنده ماهي تامين مي‌شود.
علاوه بر آن، ماهي‌ها داراي پرده‌هاي غضروفي به‌نام باله هستند كه تعداد و
اندازه آنها در ماهيان گوناگون متفاوت است. گذشته از آن، داراي دم‌هاي
ارتجاعي و نيرومندي هستند. ماهي‌ها از باله‌ها، دم و يا تمامي بدن براي
انجام حركت در آب سود مي‌جويند. براي نمونه حركت مارماهي‌ها به‌كمك امواجي
كه در طول بدن آنها انتشار مي‌يابد انجام مي‌شود، ماهي قزل‌آلا از حركات
نوساني باله‌ها براي حركت خويش كمك مي‌گيرد. در اره‌ماهي، باله به صورت
نواري طويل در طول بدن قرار گرفته و حركت موجي اين باله به ماهي توانايي
حركت به پس‌و‌پيش را مي‌دهد.
نه تنها انواع گوناگون ماهي از مكانيزم (سازوكار)هاي گوناگون براي شنا
يهره مي‌گيرند، بلكه حتي در يك ماهي خاص نيز مكانيزم‌هاي حركتي در آغاز
حركت و در سرعت‌هاي گوناگون متفاوت است. از اين روست كه بيان فرضيه كلي
مكانيكي توجيه‌پذير حركت ماهي دشوار است.
اما هدف تمامي اين مكانيزم‌ها و مانورها، ختثي نمودن نيروي مقاوم در برابر
حركت روبه‌جلو، يا جهت دلخواه، و ايجاد شتاب مطلوب به بدن جانور است. نكته
بسيار مهم در اين است كه اين جانور از شاره (سيال) پيرامون خود، براي
ايجاد نيروي محركه كمك مي‌گيرد. بدون وجود شاره پيرامون جانور، حركت آن
امكان‌پذير نيست. همانند هواپيما و زيردريايي و برخلاف راكت و موشك كه
اندركنش گاز خارج شده به صورت پيشرانه (جت) به بدنه جسم است كه آن را
مي‌راند و براي حركت نيازمند شاره‌اي پيرامون خويش نيست.
برخي از انواع ماهيان از حركات موجي تمام بدن خويش در ايجاد نيروي
تكيه‌گاهي و محركه سود مي‌جويند و بعضي به كمك حركات باله‌ها و دم به اين
هدف مي‌رسند.
در مكانيزم نوع نخست، حركت موجي تمام بدن همچون مارماهي، جركت موجي توسط
ماهيچه‌هاي بدن جانور از سر ماهي آغاز شده به‌سوي دم انتشار مي‌يابد.
مكانيزم نوع دوم، ايجاد نيروي مجركه به كمك باله و دم، انواع گوناگوني
دارد. حركت ماهي به دو نوع حركت خمشي، درون دم حول محور عمود بر صفحه
باله، و حركت پيچشي، درون دم حول محور واقع در صفحه باله، تقسيم مي‌شود.
در بعضي ماهيان، اين دو مكانيزم به صورت تركيبي با يكديگر به كار مي‌روند.
ماهي در مكانيزم حركتي دم و باله‌ها با حركت نوساني باله‌ها و دم خود
گردابه‌هايي ايجاد مي‌نمايد. از ديدگاه مكانيك شاره‌ها، اين گردابه‌ها كه
در آب آرام ايجاد مي‌شوند، نمايشگر ميدان‌هاي سرعتي هستند كه بخشي از آب
را در حول محورهايي به‌دوران در مي‌آورد.
نتيجه حركت آب نسبت به باله‌ها چنان است كه نيروي جلوبرنده بر بدن ماهي
اثر كرده، جانور را پيش مي‌راند. ماهي با حركت باله‌ها و دم، آب را چنان
جابه‌جا مي‌كند كه نتيجه آن اعمال نيروي واكنشي از سوي آب به بدن ماهي، در
جهت موردنظر است.
نيروي محركه حركت ماهيان، از انرژي كششي كه در ماهيچه‌ها ايجاد مي‌شود
تامين مي‌گردد. از ديدگاه مكانيكي، در حركت عادي، مقدار انرژي مفيد توليدي
برابر است با حاصل‌ضرب سرعت ماهي در مقاومتي كه آب پيرامون سطوح جانبي بدن
ماهي اعمال مي‌دارد. اين مقاومت تا حد بسيار زيادي بستگي به آن دارد كه
جانور بتواند بدون ايجاد گردابه‌هاي غير ضروري در آب حركت نمايد. اين
مقاومت بستگي به جهت حركت و شكل هندسي بدن ماهي دارد. توان ماهيچه به
نيروي كششي ايجاد شده در آن و سرعت انقباض ماهيچه ارتباط دارد و اين توان
براي مقدار خاصي از نيروي كششي و سرعت انقباض به بيشينه خود مي‌رسد. سرعت
حركت بستگي به طول بدن، بسامد و ارتعاش دم ماهي دارد. هراندازه كه طول بدن
ماهي بلندتر باشد، بيشينه بسامد حركت دم بيشتر شده و در نتيجه نسبت بيشينه
سرعت به طول، با افزايش طول بدن كم مي‌شود. در نتيجه در سرعت‌هاي برابر 8
تا 10 برابر طول جانور در ثانيه، تنها براي 6 ثانيه ادامه مي‌يابد.
سرعت‌هاي عادي (نيم‌متر‌در‌ثانيه) ماهيان كوچك (تا حدود 30 سانتي‌متر)
براي مدت بيش از 20 ثانيه قابل تداوم هستند.
منبع:هوپا
روابط عمومی موسسه راسخون
