مكانيك حركت ماهي ها
011مهندس جعفر سپهري هيات علمي دانشگاه جامع علمي كاربردي و مدرس دانشگاه آزاد اسلامي ايران
زهراپريسا زارعي كارشناس ارشد فيزيك دريا
ماهي چگونه حركت مي*كند؟
بيشتر جانداران اين توانايي را دارند كه انواع مانورهاي حركتي را انجام دهند و همچنين مي*توانند بخشي و يا همه بدن خود را در وضعيت خاص تعادلي نگهدارند. حركت و تعادل جانداران يك مسئله مهم مكانيكي است. جانداران دستگاه*ها و ماشين*هايي هستند كه به كمك نيروهايي به حركت درمي*آيند و كار را انجام مي*دهند و ساختمان*هايي هستند كه تحت اثر نيروهاي وارده در حالت تعادل قرار مي*گيرند. هر كدام از انواع جانوران داراي اعضاء و دستگاه*هايي هستند كه حركت و تعادل آنها را امكان*پذير مي*سازد. براي نمونه جانوران زميني مانند انسان و چهارپايان به كمك سيستم استخوان*بندي و ماهيچه*هاتوانايي انجام حركات گوناگوني بر روي زمين را دارند. جانداران دريايي مانند ماهي*ها و نهنگ*ها داراي اعضايي مانند باله*ها هستند و شكل عمومي آنها طوري است كه براي شرايط دريايي و حركت در آن مناسبت تمام دارد. در كل مي*توان چنين گفت كه فرم ساختماني و عملكرد هريك از انواع جانوران با شرايط محيطي آن جانور هماهنگي دارد و به عبارت مهندسي، جانوران ماشين*هايي هستند كه در طبيعت براي شرايط خاص محيطي خود و نيازهاي حياتي وابسته به آن طراحي و ساخته شده*اند. 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 ويژگي*هايي برخورداراست كه ويژه آن جانور به*خصوص است.
از ديدگاه مكانيكي (پويشي) ماهي*ها چگونه حركت مي*كنند؟

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 مي*جويند. اندام محركه در ماهي*ها داراي حركت نوساني است. به كمك همين حركت نوساني است كه نيروي جلوبرنده ماهي تامين مي*شود. علاوه بر آن، ماهي*ها داراي پرده*هاي غضروفي به*نام باله هستند كه تعداد و اندازه آنها در ماهيان گوناگون متفاوت است. گذشته از آن، داراي دم*هاي ارتجاعي و نيرومندي هستند. ماهي*ها از باله*ها، دم و يا تمامي بدن براي انجام حركت در آب سود مي*جويند. براي نمونه حركت مارماهي*ها به*كمك امواجي كه در طول بدن آنها انتشار مي*يابد انجام مي*شود، ماهي قزل*آلا از حركات نوساني باله*ها براي حركت خويش كمك مي*گيرد. در اره*ماهي، باله به صورت نواري طويل در طول بدن قرار گرفته و حركت موجي اين باله به ماهي توانايي حركت به پس*و*پيش را مي*دهد.

نه تنها انواع گوناگون ماهي از مكانيزم (سازوكار)هاي گوناگون براي شنا يهره مي*گيرند، بلكه حتي در يك ماهي خاص نيز مكانيزم*هاي حركتي در آغاز حركت و در سرعت*هاي گوناگون متفاوت است. از اين روست كه بيان فرضيه كلي مكانيكي توجيه*پذير حركت ماهي دشوار است.

اما هدف تمامي اين مكانيزم*ها و مانورها، ختثي نمودن نيروي مقاوم در برابر حركت روبه*جلو، 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 مي*گيرد. بدون وجود شاره پيرامون جانور، حركت آن امكان*پذير 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 مي*راند و براي حركت نيازمند شاره*اي پيرامون خويش نيست.

برخي از انواع ماهيان از حركات موجي تمام بدن خويش در ايجاد نيروي تكيه*گاهي و محركه سود مي*جويند و بعضي به كمك حركات باله*ها و دم به اين هدف مي*رسند.

در مكانيزم نوع نخست، حركت موجي تمام بدن همچون مارماهي، جركت موجي توسط ماهيچه*هاي بدن جانور از سر ماهي آغاز شده به*سوي دم انتشار مي*يابد. 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 مي*شود. در بعضي ماهيان، اين دو مكانيزم به صورت تركيبي با يكديگر به كار مي*روند.

ماهي در مكانيزم حركتي دم و باله*ها با حركت نوساني باله*ها و دم خود گردابه*هايي ايجاد مي*نمايد. از ديدگاه مكانيك شاره*ها، اين گردابه*ها كه در آب آرام ايجاد مي*شوند، نمايشگر ميدان*هاي سرعتي هستند كه بخشي از آب را در حول محورهايي به*دوران در مي*آورد.

نتيجه حركت آب نسبت به باله*ها چنان است كه نيروي جلوبرنده بر بدن ماهي اثر كرده، جانور را پيش مي*راند. ماهي با حركت باله*ها و دم، آب را چنان جابه*جا مي*كند 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 ماهيچه*ها ايجاد مي*شود تامين مي*گردد. از ديدگاه مكانيكي، در حركت عادي، مقدار انرژي مفيد توليدي برابر است با حاصل*ضرب سرعت ماهي در مقاومتي كه آب پيرامون سطوح جانبي بدن ماهي اعمال مي*دارد. اين مقاومت تا حد بسيار زيادي بستگي به آن دارد كه جانور بتواند بدون ايجاد گردابه*هاي 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 مي*رسد. 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 مي*شود. در نتيجه در سرعت*هاي برابر 8 تا 10 برابر طول جانور در ثانيه، تنها براي 6 ثانيه ادامه مي*يابد. سرعت*هاي عادي (نيم*متر*در*ثانيه) ماهيان كوچك (تا حدود 30 سانتي*متر) براي مدت بيش از 20 ثانيه قابل تداوم هستند.