فیزیک خانه موریانه ها — قسمت دوم

براتون گفتیم که موریانه ها خانه های خودشون رو به گونه ای می سازن که با استفاده از انرژی باد، تهویه در اونها صورت می گیره. به نظرتون چنین خاصیتی به دردی هم میخوره؟ برای پاسخ به سوال، بیایم یه سر بریم هراره، پایتخت زیمباوه. در مرکز این شهر ساختمونی هست به نام Eastgate center که معمار اون میک پیِرس دوست داشته که ساختمونش دو اصل معماری رو در خودش داشته باشه؛ معماری استوایی باشه و الهام گرفته از طبیعت همون منطقه باشه. این ساختمون با الهام از این خاصیت خانه موریانه ساخته شده. ولی چه جوری؟ یعنی چه اصلی در این معماری رعایت شده که باد خودش تهویه ی چنین سازه ای رو انجام بده؟

East gate الهام گرفته از سیستم تهویه ی خانه ی موریانه ها
مرکز «دروازه ی شرقی» در زیمباوه، که بدون خرج انرژی زیاد در طول سال خنک میماند.

برای پاسخ به این سوال، اول لازمه کمی راجع به ساز و کار تهویه ی خونه ی موریانه ها بدونیم. البته به دلیل پیچیدگی ساختار این خانه ی این حشره، هنوز توصیف قطعی از نحوه ی عملکرد تهویه ی خانه ها در دست نیست. و از بین مدل های مختلف ارائه شده اینجا سه تاش که قابل قبول‌تر هستن رو براتون توضیح میدیم.

تهویه ی خانه ی موریانه با کمک حرارتشان:

یک لامپ رشته ای صد واتی.

کلونی موریانه ها در اثر سوخت و ساز و فعالیتشون، حرارتی حدود ۱۰۰ وات است، یعنی تقریبا برابر با حرارتی که یک لامپ رشته ای تولید میکند. این میزان حرارت باعث گرم شدن هوای اطرافشون و بالا رفتن هوای موجود در لانه می‌شه. بعد از اینکه این هوای گرم به بالای مخروط و نزدیکی دیواره های متخلخل رسید، با محیط بیرون از طریق دیواره های متخلخل تبادل حرارت کرده، خنک شده و چگالی اون افزایش پیدا می‌کنه و مجددا به سمت پایین خانه سرازیر می شه.

 

به این مکانیزم، «ترموسیفون» هم میگن، یعنی جابجا شدن سیال در اثر گرم شدن و از دست دادن انرژی. این مکانیزم برای خانه هایی که بسته هستند و دریچه ای در بالای اونها نیست توسط مارتین لوشر پیشنهاد شده.

سیستم تهویه ی خانه ی موریانه ها
سمت راست: مکانیزم تهویه هوا در خانه موریانه ها توسط جریان باد – سمت چپ: مکانیزم ترموسیفون برای تهویه در خانه مورچه ها

تهویه لانه ی موریانه ها با کمک اختلاف سرعت باد:

در بین تمام حشرات، موریانه ها بلندترین خانه ها را نسبت به سایز خودشان میسازند، ارتفاع این خانه ها در مناطق استوایی حتی به ۷.۵ متر هم می‌رسد؛‌ چنین سازه ای مثل این است که یک انسان خانه ای با ارتفاع یک کیلومتر بسازد! با توجه به این ارتفاع، سرعت باد در نزدیکی مخروط خانه (نوک لانه) بیشتر از سرعت باد در پایین خانه (نزدیکی زمین) است. این اختلاف سرعت، باعث میشود فشار هوا در پایه های خانه زیاد و فشار در راس مخروطی خانه کم باشد و این اختلاف فشار می‌تواند باعث ایجاد جریان هوایی از پایین به بالا در خانه موریانه ها منجر شود و به عمل تهویه در لانه کمک کند.

طرح شماتیک از لوله ونتوری و ایجاد اختلاف فشار در سیال در اثر اختلاف سرعت.

این مدل که زیست شناسان برای تهویه خانه موریانه ها پیشنهاد کردند «جریان القاشده» نام دارد و اساس عملکرد آن «لوله ونتوری» است. همونطور که در شکل این لوله مشاهده می کنید، در دو سر لوله یو شکل، سرعت عبور سیال متفاوت هست و این تفاوت باعث ایجاد اختلاف فشار در دو سر لوله می شه.

خانه ی موریانه ها به عنوان اندام یک موجود زنده:

تشابه بخش هایی از ریه و لانه موریانه ها

چند سالی هست که دانشمندانی به نام های اسکات تِرنِر و راپرت سور به میدون اومدند و تمام رشته های گذشته رو پنبه کردن. اونها بر این عقیده اند که عملکرد خانه موریانه ها به این سادگی که ما تا به حال فکر میکردیم نیست. اونها عملکرد تهویه در خانه موریانه ها رو بسیار به عملکرد ریه پستانداران شبیه می دونند که نه تنها یه سیستم جذب هوا، تفکیک اکسیژن اون از دیگر گازها، و دفع دی اکسیدکربن گرفته شده از وریدها هست بلکه یه سیستم تبادل حرارت هم هست. در واقع تاکید این دانشمندان به چندکاره بودن ساختار خانه ی موریانه هاست که در مدل های دیگر در نظر گرفته نشده.

ساختار چند طبقه ی ریه.

فیزیولوژیست ها ریه ها را به صورت یک مبدل گاز چند-فازه توصیف میکنند، که تهویه فقط فاز اول آن است و در مجراهای هوای فوقانی (upper airways) اتفاق میفتد. در این ناحیه، تبادل گاز در اثر جریان های القا شده توسط ماهیچه های تنفسی اتفاق میفتد. در حالی که در پایانه های ریه (terminal airways)، تبادل گاز در اثر انتشار رخ می‌دهد. در بین این دو ناحیه، یک منطقه ی گسترده وجود دارد که تبادل گاز در آن هم در اثر انقباض های ماهیچه ای و هم در اثر حرکت پخشی رخ میدهد. این ناحیه ی مختلط، عملکرد شش ها را کنترل میکند. مثلا بیماری آسم، در اثر اختلال انقباضی در مجراهای هوای این ناحیه ی میانی پیش می‌آید.

سازه ی موریانه ها هم ساختاری مشابه شش دارد، تهویه ی هوا هم در اثر انتشار در این خانه ها رخ می‌دهد و هم جریان های القا شده آن را تسهیل میکنند. در شکل زیر قسمت های مختلف یک خانه ی موریانه و ساز و کارهای غالب برای تهویه در این قسمت ها نمایش داده شده:

مکانیسم های مختلف تهویه ی خانه ی موریانه.

مکانیسم های مختلف تهویه ی خانه ی موریانه.

حالا شباهت بین سازه Eastgate و لانه موریانه ها در چیست؟

به نظر میرسه میک معمار، یک مشاهده گر قوی بوده. در سازه Eastgate از سیستم تهویه ای مشابه سیستم تهویه ی خانه ی موریانه ها الهام گرفته شده:‌ همونطور که در تصویر هم مشاهده می کنید دودکش های بلندی در این سازه وجود داره که از طریق دریچه هایی به هر طبقه از ساختمان راه دارد. گرمای ساختمون که ناشی از ساکنین و ماشین های موجود در اون هست به همراه گرمای ذخیره شده در بدنه اون از طریق این دریچه ها وارد این دودکش بلند شده و به این طریق تبادل هوا اتفاق می افته.

ساختمان «دروازه ی شرقی» الهام گرفته از خانه ی موریانه ها به همراه دودکش ها و دریچه های ورود هوا در آن.

در اقلیم گرم هراره این مکانیزم باعث می شه بدون نیاز به سیستم های پرهزینه و انرژی بر سرمایش و گرمایش دمای فضای داخل ساختمون در مقدار مشخصی ثابت بمونه.

 

منبع:

4 thoughts on “فیزیک خانه موریانه ها — قسمت دوم

  • 09/04/2016 at 7:00 ب.ظ
    Permalink

    واقعا مرسی که متن ترنر رو ترجمه کردین.توی بعضی سایتای خارجی خیلی مطالب هست که اصلا تو سایتای ایرانی نیس متاسفانه و ترجمه نمیشه و نمیشه ازشون استفاده کرد.مرسیییییی

    Reply
  • 10/04/2016 at 8:12 ق.ظ
    Permalink

    خواهش می کنم. خوشحالم از اینکه مطلب ما توجه تون رو جلب کرده و براتون مفید بوده. می تونید قسمت اول این مقاله رو هم از اینجا مطالعه کنید:
    http://blog.padpors.com/?p=411

    Reply
  • 05/11/2017 at 8:39 ب.ظ
    Permalink

    سلام من چند تا سوال راجع به مطلبتون دارم اگه امکانش باشه ازتون بپرسم ؟

    Reply
    • 08/11/2017 at 5:18 ق.ظ
      Permalink

      بله حتما.

      در ضمن احتمالا دقت کردی اینجا ممکنه پیامت دیر دیده بشه، اگه سوالات رو بتونی کمی توصیف کنی، میتونی خیلی راحت تو خود پادپُرس مطرح کنی:
      padpors.com
      منتظر شنیدن سوالات هستیم 🙂

      Reply

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *