כוח הריחוף הפלומתי של שן הארי
רק לאחרונה הצליחו מדענים בריטים לפענח איך זרעי צמח השינן מצליחים לעוף למרחק של קילומטר ויותר מנקודת המוצא שלהם
חוקרים מאוניברסיטת אדינבורו גילו לאחרונה את התשובה לשאלה עתיקת יומין: איך מתעופפים זרעי "שערות סבא", כמו אלה של צמח השינן (שן הארי), למרחקים כה ארוכים. התברר שסיבי הזרעים משתמשים לתעופה במנגנון פיזיקלי ייחודי, שאומנם היה ידוע בתיאוריה אך עד כה לא נצפה בעולם האמיתי.
עוד כתבות מאתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
פרפרים כנגד כל הסיכוייםמדוע אנו חווים את תחושת הכאב כדבר שלילי?
חרקים נגד פקקים
בדומה לקרוב משפחתו הסביון, גם לשינן יש ראש צהוב ופורח שבשלב מתקדם של חיי הצמח הופך לכדור שערות סיבי המכונה "שערות סבא". הכדור מורכב מזרעים, ואלה מסוגלים לעוף למרחקים מרשימים הודות לשיטה שעד כה לא הייתה ברורה די הצורך. מחקר שנערך ב-2003 באוניברסיטת רגנסבורג בגרמניה הראה שאף על פי שרוב הזרעים נוחתים במרחק של עד עשרה מטר מהגבעול, אחד מ-7,000 (0.014 אחוזים) יצלח להגיע למרחק של יותר מקילומטר!
בניגוד לזרעים מעופפים אחרים, כמו אלה של עץ האדר (מייפל), זרעי השינן אינם בצורה דמוית כנף. במקום זה הם כוללים מטרייה בעלת סיבים פלומתיים שנקראת ציצית, שיוצרים יחד כוח גרר - אחד משני הכוחות המרכזיים הפועלים על גוף הנע בתוך גז או נוזל (השני הוא כוח העילוי). הגרר הוא למעשה ההתנגדות של הנוזל או הגז לתנועת הגוף בתוכו, והוא פועל על הגוף בכיוון ההפוך לתנועתו באותו נוזל או גז.
לצורת הגוף יש השפעה משמעותית על כוח הגרר שפועל עליו. זה בדיוק הטריק שבו משתמש זרע שן הארי כדי להגדיל אותו, וכך לגבור על כוח הכבידה המושך אותו אל הקרקע ולהמשיך לרחף.
לעוף במסך עשן
כדי לגלות את הטריק הזה, החוקרים השתמשו בתעלת אוויר קטנה שבתוכה הניחו זרעי שינן, וצילמו את זרמי האוויר סביבם. הצילום התבצע בשיטה שנקראת PIV (שחזור מהירות מתמונות של חלקיקים שעוקבים אחרי זרימה - Particle image velocimetry). בשיטה זו החוקרים מפזרים באוויר חלקיקים,כמו עשן, שמאפשרים "לראות" את זרמי האוויר, מאירים אותם בלייזר ועוקבים אחריהם באמצעות מצלמה מהירה. לאחר מכן, עיבוד ממוחשב מאפשר לחשב את מהירויות זרמי האוויר סביב הזרע.
התברר שהסיבים הקטנים בראש הזרע גורמים לאוויר הנושב דרכם להתרכז מעליו בבועה של אוויר מסתחרר. הבועה הזאת יוצרת אזור של לחץ נמוך יחסית לאוויר שמסביב לה בדיוק מעל הזרע, וכך מגדילה את כוח הגרר הפועל עליו. כך הזרע נופל לאט יותר, מרחף זמן רב יותר ונישא ברוח הרחק מפרח האם שלו.
בועות כאלה, שנקראות טבעות מערבולת (Vortex ring) היו ידועות בעבר, אך בכל שאר המקרים הידועים הן נשארות צמודות לגוף המייצר אותן או נפרדות ומתפזרות באוויר. החוקרים קראו לטבעות החדשות שגילו "טבעות מערבולת מופרדות", שכן הן אינן צמודות לגוף שיוצר אותן (הזרע) אך גם לא מתפזרות, אלא נשארות לרחף מעל הזרע.
הטבעות הללו אומנם היו מוכרות באופן תיאורטי, אך עד כה לא התגלו בטבע ולא יוצרו במעבדה. החוקרים גילו שהמבנה המיוחד של הסיבים הוא זה שמייצב את הטבעת מעל הזרע. בניסוי נוסף הצליחו החוקרים לשחזר את נפילת זרע השינן באמצעות דיסקת סיליקון קטנה המדמה את מבנה הסיבים שלו.
אפשר להשוות את צניחת זרע השינן למצנח רחיפה, שעובד גם הוא על הגדלת כוח הגרר. ההבדל הוא שמצנח עובד על ידי הגדלת שטח הפנים שבו פוגע האוויר וכך מגדיל את כוח הגרר הפועל עליו, בעוד סיבי השינן גורמים לאוויר הזורם דרכם ליצור טבעת מערבולת מעליו להשגת אותה תוצאה.
דניאל זיידמן, מכון דוידסון לחינוך מדעי
למחקר המלא: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0604-2
לפנייה לכתב/ת 
