همه ما دولفین‌ها رو می‌شناسیم؛ همون موجودات بامزه و باهوشی که زیر آب حرکات فوق‌العاده انجام می‌دن. اما چیزی که شاید خبر نداشته باشید اینه که حرکات معروفشون فقط به خاطر بدن انعطاف‌پذیرشون نیست. یه چیز عجیب‌تر پشت ماجراست که دانشمندها حدود ۱۰۰ ساله درگیر فهمیدنشن: حلقه‌های گردابه‌ای یا همون Vortex Ringها!
حالا Vortex Ring چیه؟ خب، به زبون ساده یه حلقه‌ی دایره‌ای شکله (شبیه دونات!) که از یه نوع حرکت چرخشی آب درست میشه. مثلاً وقتی دولفین‌ها هوا رو از دماغشون بیرون می‌دن یا زیر آب تکون می‌خورن، این نیرو باعث میشه آب دور هم بچرخه و اون شکل دونات مانند رو بسازه. جالبه که حالت حرکتی این حلقه‌ها رو فقط توی آزمایشگاه ندیدیم؛ وقتی کسی دود سیگار رو دایره‌ای بیرون میده، همون Vortex Ring رو ساخته! حتی پرنده‌ها هم رد پروازشون رو با این حلقه‌ها می‌سازن و توی موتورها و آتشفشان‌ها هم دیده میشن!
ولی اصل داستان: تا همین چند وقت پیش هیچ‌کس دقیق نمی‌دونست این حلقه‌ها چطوری بدون اینکه شکلشون رو از دست بدن می‌تونن از محیط آب برسن به هوا! با توجه به اختلاف چگالی و محیط، همه فکر می‌کردن باید نابود بشن یا حداقل بهم بریزن — اما خب، دولفین‌ها انگار خلافش رو نشون می‌دادن!
اینجا بود که یه تیم از دانشمندهای NYU و NYU Shanghai تصمیم گرفت یه بار واسه همیشه این موضوع رو حل کنه. سرپرست تحقیق، پروفسور Jun Zhang، میگه: «این کشف ما کلی پرده از راز حلقه‌های گردابه‌ای برداشت و نشون داد دقیقا چه عواملی باعث میشه این حلقه‌ها پایدار بمونن یا از هم بپاشن.»
خیلی باحاله که بدونید مردم از سال ۱۸۰۰ دنبال این بودن که مکانیک این حلقه‌ها رو درک کنن. اولین کسی هم که جدی این موضوع رو ریاضی بررسی کرد، Hermann von Helmholtz بود (که اسم‌ش روی کلی معادله فیزیکیه)! اون یه توضیح داد که این حلقه‌ها، چون چرخش جداگونه‌ای دارن، انرژی رو مثل موج معمولی هدر نمیدن و همین باعث میشه شکلشون رو تا مسافت زیادی حفظ کنن.
حالا پروژه جدید چه کار کرد؟ یه سری آزمایش بامزه! خانم Christiana Mavroyiakoumou از مؤسسه Courant NYU با تیمش اومدن کلی تست زدن. مثلاً یه پیستون کوچیک رو توی تانک آب فرو کردن و با سرعت‌ها و زاویه‌های مختلف، حلقه‌های گردابه‌ای درست کردن. هر بار که پیستون رو حرکت می‌دادن، متوجه می‌شدن مسیر و سرنوشت حلقه فرق می‌کنه.
چهار حالت مختلف پیدا کردن:
۱- بعضیاشون وقتی به سطح هوا می‌رسیدن، کم‌کم از بین می‌رفتن (یعنی کلاً نابود می‌شدن).
۲- بعضیا به سطح می‌خوردن و تقریباً سالم برمی‌گشتن عقب.
۳- بعضیا منفجر می‌شدن و چندتا تیکه می‌شدن.
۴- و دسته‌ی باحال‌تر! اونایی که قوی و عمودی بودن، سطح آب رو راحت رد می‌کردن و اصلاً می‌رفتن توی هوا — دقیقاً همونی که دولفین‌ها انجام می‌دن.
اینجا چندتا نکته مهم فهمیدیم: جهت حرکت و قدرت حلقه عامل تعیین‌کننده‌ست. حلقه‌های ضعیف خب نابود میشن ولی اگه قوی باشن و جهت حرکتشون عمودی باشه، از آب بیرون می‌زن!
این یافته‌ها فقط برای دولفین‌ها نیست! دانشمندا الان بهتر می‌تونن مدل‌سازی کنن که تو طبیعت و تکنولوژی چی داره می‌گذره. مثلاً حرکت عروس دریایی، دود آتشفشان، حتی پره‌های هلیکوپتر و موتورها – همه‌شون با همین حلقه‌های گردابه‌ای در ارتباطن. مدل جدیدی که از رفتار این حلقه‌ها درست شده توی مجله معروف Physical Review Fluids چاپ شده و کمک می‌کنه حتی رفتار دود آتشفشان یا حرکت گرمایی (thermal plume) رو بهتر درک کنیم. (thermal plume یعنی حرکت عمودی هوای گرم – مثلاً همونی که باعث میشه پرنده‌ها بدون بال زدن اوج بگیرن!)
خلاصه اگه دفعه بعدی دیدید دولفینی داره شیرجه می‌زنه یا یکی با دود سیگارش حلقه درست می‌کنه، بدونید کلی علم پشت این داستان هست که تازه داریم قدم به قدم کشفش می‌کنیم. علم بعضی وقتا واقعا جذابه نه؟
منبع: +
