مفاهیم کلیدی: زیست شناسی، گیاه، تکامل، آیرودینامیک
مشاهده علمی ۱۹۶
مقدمه:
آیا تا به حال در روزی که باد می‌وزد حرکت دانه‌های گیاهان را در هوا دیده‌اید؟ آیا تا کنون یک گل قاصدک را فوت کرده‌اید تا دانه‌های کرکی آن در همه جا به پرواز دربیایند؟ باد نقش مهمی در بذر افشانی و تولید مثل گیاهان دارد. در این فعالیت علمی شما دانه‌هایی درست می‌کنید و کارآیی آنها را در هنگام وزش باد پنکه بررسی خواهید کرد.
پیش‌زمینه:
بذر افشانی نقش بسیار مهمی در بقای گونه‌های مختلف گیاهان دارد. اگر گیاهان بیش از حد نزدیک به هم رشد کنند، مجبورند برای به دست آوردن نور، آب و مواد مغذی خاک با هم رقابت کنند. بذر افشانی باعث می‌شود گیاهان در منطقه‌ی وسیعی گسترده شوند و مجبور به رقابت بر سر منابع مورد نیاز خود نباشند.
دانه‌های گیاهان به روش‌های مختلف پراکنده می‌شوند. در برخی از گیاهان دانه‌ها داخل میوه (مانند سیب یا پرتقال) قرار می-گیرند. این میوه‌های حاوی دانه توسط حیوانات خورده می‌شوند که در ادامه این حیوانات دانه‌ها را در اثر دفع پراکنده میکنند. برخی از میوه‌ها توسط آب حمل می‌شوند، مانند نارگیل شناور. بعضی دانه‌ها قلاب‌های کوچکی دارند که باعث می‌شود دانه‌ها به پوست حیوان بچسبند. (اگر برای گردش به یک چمنزار دفته باشید احتمالاً دانه‌هایی را دیده‌اید که به لباس‌تان می‌چسبند.)
دانه‌های دیگر توسط باد پراکنده می‌شوند، مانند دانه‌های بال دار درخت افرا که در باد به چرخش درمی‌آیند و یا دانه‌های کرکی سبک قاصدک که با یک نسیم بسیار کم به حرکت درمی‌آیند. هر چه دانه مدت زمان بیشتری در هوا باشد، می‌تواند مسافت بیشتری را طی کند و باعث پراکندگی بیشتر گیاه در یک منطقه شود. در این فعالیت علمی شما دانه‌های مصنوعی خود را تحت وزش باد پنکه مورد بررسی قرار خواهید داد.
مواد و وسایل مورد نیاز:
نمونه‌هایی از دانه‌های مختلف که توسط باد پراکنده می‌شوند. (بسته به منطقه‌ای که در آن زندگی می‌کنید می‌توانید دانه‌های مختلفی را بیرون از منزل پیدا کنید. همچنین می‌توانید در اینترنت در مورد دانه‌ی درخت افرا، قاصدک و دیگر انواع دانه‌ها جستجو کنید تا دید بهتری نسبت به موضوع داشته باشید.)
اشیای کوچک یک شکل که بتوانید از آنها به عنوان دانه استفاده کنید (به عنوان مثال گیره‌ی کاغذ کوچک). می‌توانید یک بسته دانه‌ی گیاهی واقعی را نیز خریداری کنید (مثلاً دانه‌ی آفتاب گردان).
وسایل اولیه‌ی لازم برای ساخت مکانیزم‌هایی برای پراکندگی دانه‌ها (می‌توانید از کاغذ و چسب و یا وسایل دیگر مانند نوارهای کاغذی، توپ‌های پنبه‌ای و یا حتی چیزهایی که بیرون از منزل پیدا می‌کنید مانند برگ‌های دراز گیاهان استفاده کنید.)
قیچی، نوار چسب و چسب مایع برای بریدن و چسباندن وسایل مورد نیاز به دانه‌ها (در هنگام کار با قیچی مراقب باشید.)
پنکه (هنگام کار با پنکه کمک یک بزرگتر لازم است.)
زمان سنج (اختیاری)
متر اندازه‌گیری یا خط‌کش (اختیاری)
آماده‌سازی:
منطقه‌ای باز در اتاق برای انجام فعالیت در نظر بگیرید.
پنکه را روی میز یا صندلی قرار دهید. می‌توانید این فعالیت را بیرون از خانه در یک روز که باد می‌وزد نیز انجام دهید.
روش کار:
چند مکانیزم پراکندگی دانه، حداقل چهار عدد، طراحی کنید. بهترین حالت برای انجام این فعالیت این است که حداقل دو مکانیزم پراکندگی مشابه را به صورت عملی با هم مقایسه کنید. در ادامه چند نمونه از مکانیزم‌ها را توضیح خواهیم داد، اما می توانید برای ساخت آنها ایده‌های جدیدی نیز بدهید:
یک گیره‌ی کاغذ را به یک قطعه‌ی کوچک مربعی کاغذ به اندازه‌ی کاغذ یادداشت متصل کنید.
یک گیره‌ی کاغذ را به کاغذی دیگر با همین ابعاد بچسبانید، اما چند برش موازی در یک سمت کاغذ ایجاد کنید و آنها را به بیرون تا کنید.
یک گیره‌ی کاغذ را به یک توپ پنبه‌ای متصل کنید.
یک گیره‌ی کاغذ را به یک توپ پنبه‌ای که کمی آن را کشیده‌اید متصل کنید.
قطعاتی به شکل دانه‌ی درخت افرا از کاغذ ببرید و گیره‌ی کاغذ را به آنها متصل کنید.
به نظرتان کدام مکانیزم پراکندگی دانه مسافت بیشتری را پس از رها شدن در مقابل پنکه طی می‌کند؟ چرا؟
پنکه را روشن کنید. بدون تغییر موقعیت برای دانه‌های مختلف، هر دانه را جداگانه روبه‌روی پنکه رها کنید. می‌توانید یک دانه-ی خالی (یک تکه کاغذ در ابعاد دانه بدون گیره‌ی متصل به آن) را نیز جلوی پنکه رها کنید و نتیجه را بررسی کنید.
دانه‌ها توسط باد پنکه تا کجا حرکت میکنند؟ آیا بعضی از آنها مسافت بیشتری را قبل از افتادن روی زمین طی میکنند؟
به نتایجی که به دست آورده‌اید فکر کنید. آیا بعضی از دانه‌ها بلافاصله روی زمین می‌افتند؟ آیا عملکرد بعضی دانه‌ها بهتر از بقیه است؟ برای بهبود طرح‌هایتان چه کاری می‌توانید انجام دهید؟ آیا دانه‌ها می‌توانند با اعمال تغییرات در طراحی‌شان مسافت بیشتری را طی کنند؟
آزمایش‌های تکمیلی:
از یکی از دوستان خود بخواهید با زمان سنج مدت زمانی که هر دانه در هوا می‌ماند را اندازه‌گیری کند. برای این کار بهتر است دانه‌ها را از ارتفاع بلندتری رها کنید. (می‌توانید از یک بزرگتر بخواهید این کار را انجام دهد یا خودتان روی صندلی بایستید.)
با متر اندازه‌گیری مسافت طی شده توسط هر دانه از نقطه‌ی رها شدن تا نقطه‌ی برخورد به زمین را محاسبه کنید. کدام دانه مسافت بیشتری را طی می‌کند؟
با تغییر سرعت پنکه نتایج چگونه عوض می‌شوند؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
در این فعالیت علمی باید مشاهده کرده باشید که اضافه کردن اجزای سبک به دانه‌ها باعث می‌شود دانه با سرعت کمتری سقوط و مسافت بیشتری را طی کند. با این وجود، شکل این اجزا نیز اهمیت دارد. به عنوان مثال، در صورتی که یک گیره‌ی کاغذ را به تکه‌ای مچاله شده از کاغذ متصل کنید، دانه‌ها همچنان با سرعت سقوط میکنند. دانه‌ای بال‌دار (مانند دانه‌ی درخت افرا) و یا دانه‌هایی شبیه به قاصدک مسافت بیشتری را طی میکنند و آهسته‌تر به سمت زمین می‌روند. میزان دقیق مسافتی که دانه‌ها طی میکنند به قدرت پنکه بستگی دارد. اما در هر صورت با انجام این فعالیت تفاوت در مسافت طی شده را میان دانه‌های با طرح‌های مختلف مشاهده می‌کنید. با بهبود طرح‌هایی که برای دانه‌ها در نظر می‌گیرید، در واقع روند تکامل را شبیه‌سازی می کنید، زیرا دانه‌های با قابلیت تولید مثل بیشتر به احتمال زیاد همان دانه‌هایی هستند که طراحی مناسب‌تری برای پراکندگی دارند.
منبع:
منابع مفید: