เมล็ด Dandelion สร้างวังวนแปลกประหลาดในอากาศเพื่อบิน

เมื่อคุณเป็นเพียงลูกบอลเล็ก ๆ น้อย ๆ การบินเป็นเรื่องยาก

ในการขับลม เมล็ดแดนดิไลออนจะกระตุ้นกระแสน้ำวนแปลกๆ ในอากาศเหนือพวกมันโดยตรง วิธีการเคลื่อนตัวในอากาศที่เพิ่งค้นพบซึ่งบรรยายเมื่อวันที่ 17 ตุลาคมใน Nature ช่วยไขข้อสงสัยที่มีมายาวนานว่าเมล็ดพืชจะลอยอยู่ได้อย่างไร

การบินของเมล็ดพันธุ์ Dandelion นั้นไม่เหมือนกับการบินของ Mary Poppins: มีเสน่ห์อย่างที่สุด แต่อธิบายไม่ได้เมื่อพูดถึงฟิสิกส์ – จนถึงตอนนี้ เมื่อลมกระโชกดึงเมล็ดพืชออกจากส่วนหัวที่คลุมเครือ โครงสร้างปุยที่เรียกว่า pappus จะพยุงเมล็ดให้ลอยขึ้นก่อนที่มันจะตกลงสู่พื้นในที่สุด โครงสร้างที่ยื่นออกมาจากเมล็ดนั้นประกอบขึ้นจากเส้นขนเล็กๆ คล้ายขน ทำให้เป็นพื้นที่ว่างเสียส่วนใหญ่

“มันเป็นโครงสร้างที่แปลก” นาโอมิ นาคายามะ ผู้เขียนร่วม นักชีวฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยเอดินบะระกล่าว “ไม่มีใครรู้ว่ามันบินได้อย่างไร”

ดังนั้น Nakayama และเพื่อนร่วมงานของเธอจึงขุดลงไปในวัชพืช วิดีโอความเร็วสูงและการจำลองทางคณิตศาสตร์เผยให้เห็นว่าเส้นใย pappus ทำหน้าที่ร่วมกันเหมือนแผ่นเดียวกันหรือร่มชูชีพ และสร้างแรงลาก ซึ่งเป็นแรงต้านแรงโน้มถ่วง อากาศยังไหลรอบๆ pappus และถูกดูดเข้าไปในพื้นที่ด้านบน อากาศนี้ก่อตัวเป็นฟองอากาศหมุนวน ซึ่งนักวิจัยเรียกว่าวงแหวนกระแสน้ำวนที่แยกจากกัน ซึ่งจะเพิ่มการลาก

หมุนวนและหมุนวน

เมล็ดแดนดิไลออนติดอยู่กับโครงสร้างคลุมเครือที่เรียกว่า pappus (มุมมองจากบนลงล่างทางซ้าย) pappus สร้างฟองอากาศหมุนวนในบริเวณความกดอากาศต่ำเหนือโครงสร้าง (ดูทางด้านขวาพร้อมกับเมล็ดพืชในอุโมงค์ลม) pappus เป็นกุญแจสำคัญในการทำงานนี้ ระยะห่างของเส้นใยทำให้อากาศไหลผ่านได้เพียงพอเพื่อให้กระแสน้ำวนคงที่ ช่วยให้เมล็ดลอยได้

เท่าที่กระแสน้ำวนดำเนินไป ดอกแดนดิไลออนก็แปลก โดยปกติฟองอากาศดังกล่าวจะติดอยู่กับวัตถุหรือแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิงและหายไป แต่ฟองของดอกแดนดิไลอันแยกออกจากกันและห้อยอยู่เหนือเมล็ด Cathal Cummins นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องทดลองของ Nakayama กล่าวว่า “เมื่อคุณแสดงให้นักพลศาสตร์ของไหลเห็น พวกเขาจะทึ่ง” ฟองอากาศยังคงอยู่ในตำแหน่งเหนือเมล็ดเนื่องจากเส้นใยของร่มชูชีพรั่ว อากาศบางส่วนผ่าน pappus และการไล่ระดับแรงดันก่อตัวขึ้นโดยมีแรงดันต่ำเหนือเส้นใยและแรงดันสูงด้านล่าง ทำให้ฟองคงที่ แรงดันต่ำนี้ยังดูดอากาศที่ไหลรอบๆ เส้นใยเพื่อก่อตัวเป็นฟองในตอนแรก

วิธีที่แดนดิไลออนเคลื่อนที่ผ่านอากาศนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าสี่เท่าในการสร้างการลาก – และดังนั้นจึงต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง – เนื่องจากโครงสร้างคล้ายร่มชูชีพมากกว่า เมล็ดพืชอื่นๆ ที่มีเปลือกนอกหรือส่วนขยายเป็นฝอยอาจใช้วงแหวนน้ำวนแปลกๆ เหล่านี้บินไปในอากาศได้เช่นกัน

ฟองอากาศยังคงอยู่ในตำแหน่งเหนือเมล็ดเนื่องจากเส้นใยของร่มชูชีพรั่ว อากาศบางส่วนผ่าน pappus และการไล่ระดับแรงดันก่อตัวขึ้นโดยมีแรงดันต่ำเหนือเส้นใยและแรงดันสูงด้านล่าง ทำให้ฟองคงที่ แรงดันต่ำนี้ยังดูดอากาศที่ไหลรอบๆ เส้นใยเพื่อก่อตัวเป็นฟองในตอนแรก

ทำไมเมล็ดดอกแดนดิไลออนจึงแพร่กระจายได้ดี

เมล็ดดอกแดนดิไลอันแต่ละดอกในดอกเดียวถูกกำหนดให้ไปในทิศทางที่ต่างกัน

คุณไม่จำเป็นต้องใช้ดอกแดนดิไลอันในการรู้ว่าลมพัดไปทางไหน แต่ก็สามารถช่วยได้

ในบางดอกแดนดิไลอันที่กำหนด เมล็ดพืชบางชนิดถูกกำหนดให้ขึ้นเหนือ ในขณะที่เมล็ดอื่นๆ ถูกลิขิตให้บินไปทางทิศตะวันออก ทิศใต้หรือทิศตะวันตก และทุกทิศทุกทางในระหว่างนั้น ผลการวิจัยพบว่าเมล็ดแดนดิไลออนแต่ละเมล็ดถูกตั้งโปรแกรมให้ปล่อยลมที่มาจากทิศทางหนึ่งและต้านลมจากทิศทางอื่น ตามการวิจัยที่จะนำเสนอที่แผนกพลศาสตร์ของไหลของ American Physical Society ในอินเดียแนโพลิสในวันที่ 20 พฤศจิกายน

Jena Shields นักชีวฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Cornell กล่าวว่าเมล็ด Dandelion นั้นไวต่อทิศทางลมที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่พวกมันอยู่บนหัวของเมล็ด เมล็ดขนนกที่หันเข้าหาลมจะปล่อยได้ง่ายที่สุด คนอื่น ๆ กอดแน่นขึ้นหลายสิบถึงหลายร้อยเท่า – จนกว่าลมจะเปลี่ยน

เป็นปรากฏการณ์ที่ Shields ออกเดินทางเพื่อศึกษาหลังจากที่ที่ปรึกษาของเธอสังเกตเห็นวิธีที่ดอกแดนดิไลออนตอบสนองเมื่อเด็กวัยหัดเดินเล่นกับดอกไม้

Shields วัดแรงที่ใช้ในการถอนเมล็ดดอกแดนดิไลออนโดยการติดลวดบาง ๆ ที่ปลายกระจุกแล้วดึงออกจากหัวเมล็ดในมุมต่าง ๆ การศึกษาแบบเมล็ดต่อเมล็ดนี้เลียนแบบสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อลมหรือลมหายใจของเด็กผลักพวกเขาไป เนื่องจากเมล็ดพืชแต่ละเมล็ดมีความอ่อนไหวต่อลมจากทิศทางที่แตกต่างกันมากที่สุด จึงช่วยป้องกันเมล็ดพืชไม่ให้ไปทางเดียวกันทั้งหมด Shields กล่าว และอาจอธิบายได้ว่าทำไมพืชจึงประสบความสำเร็จในการแพร่กระจาย เมื่อพัดดอกแดนดิไลออนออกไป ปุยคล้ายร่มบนเมล็ดพืชจะพัดพาไปตามสายลมที่พัดพามันไป (SN: 10/17/18)

“แต่ลมที่พัดแรงและปั่นป่วนก็ยังสามารถส่งเมล็ดพืชทั้งหมดปลิวไปในทิศทางเดียวกันได้” Shields กล่าว ดังนั้นผลกระทบจึงไม่สามารถรับประกันได้ว่าลมกระโชกแรงหรือลูกที่เจริญงอกงามจะไม่พัดเอาเมล็ดพืชทั้งหมดออกไปในคราวเดียว

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ zerryzweb.com