اگر دلوفسور در دوی 100 متر با یوسین بولت مسابقه دهد چه کسی برنده خواهد شد؟ – زومیت

دایناسورهای ژوراسیک اولیه دیلوفور همانطور که مشخص است آنها ثابت کردند که می توانند بیش از بازیگران اصلی فیلم محبوب پارک ژوراسیک در سال 1993 جلب توجه کنند. در یک صحنه، یک دیلوفوسر به طور تصادفی به مرد بالغی برخورد می کند که فکر می کند آنها فقط موجوداتی خنده دار و بی ضرر هستند: سپس یک دایناسور سم را به چشمان مرد پرتاب می کند، او را به دام می اندازد و در نهایت او را می کشد.

اما در مورد دلوفوسور اگر او در دوی 100 متر مقابل یوسین بولت 8 مدال طلای المپیک کسب کند، چطور؟ برخلاف تصور عموم، مسابقه خیلی نزدیک نخواهد بود و بولت به راحتی در عرض دو ثانیه حیوان 400 کیلوگرمی را شکست می دهد.

پیروزی قاطع بولت بر دیلوفوسور، اسکات لیبر اساس یک تمرین بدنی که یک فیزیکدان در دانشگاه تولدو برای دانشجویان مقطع کارشناسی در فیزیک پایه طراحی کرده است. لی از دوران کودکی عاشق دایناسورها بوده است. او و خانواده‌اش این علاقه را به کلاس‌های درس خود منتقل کردند و به دنبال فسیل‌ها بودند. او می گوید: یکی از مهم ترین مسائل در آموزش فیزیک، افزایش اشتیاق دانش آموزان برای درس است. این مسائل مربوط به دایناسورها واقعاً مورد توجه دانش آموزان است. لی در مقاله جدیدی که در مجله Physics Thatcher منتشر شده است، سبک تدریس خود را شرح می دهد.

یوسین بولت در المپیک تابستانی 2008 پکن بازگشت بزرگی داشت. او با شکستن رکورد جهانی خود در فینال 100 متر و عبور از خط پایان در 9.69 ثانیه به مدال طلا رسید. او به قدری از سایر دوندگان جلوتر بود (مدال نقره 9.89 ثانیه بود) که آشکارا در نزدیکی خط پایان برای تبریک گفتن کند شد. به گفته مربی بولت، اگر او با سرعت کامل می دوید، می توانست مسابقه را در 9.52 ثانیه تمام کند. این نتیجه توسط تجزیه و تحلیل فیزیکدانان دانشگاه اسلو تأیید شد که زمان حدود 9.55 ثانیه را پیش بینی کردند.

یوسین بولت پس از قهرمانی و شکستن رکورد 100 متر جهان در المپیک تابستانی 2008 پکن.

در مسابقات جهانی 2009، بولت دوباره با زمان 9.58 ثانیه رکورد خود را شکست که بزرگترین پیشرفت از زمان برنامه نویسی الکترونیکی بود. طبق مطالعه سال 2013 توسط فیزیکدانان دانشگاه ملی مستقل مکزیک، بولت از نقطه شروع 9.5 متر در ثانیه شتاب گرفت و در کمتر از یک ثانیه 2.6 کیلووات (3.5 اسب بخار) تولید کرد.

پیچ 195 سانتی متر بلندتر از دونده معمولی است. این بدان معناست که او در حین دویدن قدم های کمتری نسبت به رقبای خود بر می دارد. با این حال، مقاومت هوای بیشتری را نیز تجربه می کند. نویسندگان دریافتند که کمتر از 8 درصد از انرژی پیچ برای دویدن استفاده می شود. 92% برای غلبه بر کشش آیرودینامیکی استفاده می شود. آنها همچنین خاطرنشان کردند که بولت در مسابقه سال 2009 از برتری جزئی باد برخوردار بود. بدون آن باد، بولت 9.9 ثانیه طول می کشید تا از خط پایان عبور کند و این یک رکورد نیست، اگرچه کمتر از رکورد او در المپیک 2008 است. با وجود باد شدیدتر، بولت توانست مسابقه را در زمان باورنکردنی 9.46 ثانیه به پایان برساند.

دانشمندان بر این باورند که سرعت دایناسورهای مختلف به ویژه تیرانوزاروس رکس چقدر. به عنوان مثال، در سال 2002 محققان یک مدل ریاضی برای اندازه گیری توده عضلانی مورد نیاز برای دویدن پا با سرعت بیش از 40 کیلومتر در ساعت توسعه دادند. اکثر این مطالعات در روش شناسی بسیار متفاوت بوده اند و به طیف وسیعی از حداکثر سرعت ممکن برای ترک ها از 16-24 کیلومتر در ساعت تا حدود 72 کیلومتر در ساعت رسیده اند. با توجه به این نتایج، میانگین سرعت 32 کیلومتر بر ساعت است.

یک نمونه هولوتیپ تیرانوسوروس رکس در موزه تاریخ طبیعی کارنگی در پیتسبورگ.

یک مطالعه در سال 2017 حداکثر سرعت 27 کیلومتر در ساعت را برای ترک ها نشان داد و به این نتیجه رسید که این حیوان مدت ها قبل از رسیدن به حداکثر سرعت از انرژی کاسته شده است. مطالعه دیگری در همان سال به این نتیجه رسید که ترک ها احتمالاً نمی توانند خیلی دور بدوند. زیرا هر سرعتی بیش از 18 کیلومتر در ساعت باعث شکستگی استخوان های پا می شود. این تجزیه و تحلیل همچنین شامل توانایی اجرای دیگر تروپودهای غول پیکر است. جیگانوتوسور و نقشه کش (هیچ سابقه فسیلی وجود ندارد که نشان دهد تروپودهای بزرگ کار می کردند).

با این حال، طبق یک مطالعه در سال 2019، Tyrex احتمالاً با توجه به اندازه خود به طرز شگفت انگیزی چابک بود. این دایناسور به دلیل اینرسی چرخشی کم و ماهیچه های بزرگ ساق پایش، احتمالاً می توانست به سرعت بچرخد و حتی روی یک پاشنه با یک پا روی زمین بچرخد.

بر اساس تجزیه و تحلیل سال 2020 از نسبت پاها، توده بدن و راه رفتن توسط 70 گونه تروپود، ترک ها پیاده روی بسیار کارآمدی نیز بودند. مطالعه ای که در سال 2021 انجام شد، تخمین زد که این حیوان با سرعت 4.6 کیلومتر در ساعت راه می رفت. نویسندگان همچنین خاطرنشان کردند که مصرف انرژی برجک با چرخاندن کمی دم در هر مرحله کاهش می یابد. زیرا رباط های دم هنگام کشش انرژی ذخیره می کنند.

رندر سه بعدی دیلوفوسور، دایناسور تروپود از دوره ژوراسیک اولیه.

اما دویدن برای ترک های قوی مشکل ساز بود. حداکثر سرعت این حیوان (18 کیلومتر در ساعت) کمتر از نیمی از سرعت بولت در سریعترین مسابقه او (43 کیلومتر در ساعت) است. به همین دلیل لی دیلوفوسور را برای دو آهنگ خلاقانه خود انتخاب کرد. به گفته لی، حداکثر سرعت دویدن سایر دایناسورها به طور قابل توجهی با سرعت متوسط ​​پیچ تفاوت داشت، بنابراین انتخاب آنها به عنوان حریف رقابت های هیجان انگیزی ایجاد نمی کند.

نسخه ژوپیتر پارک دیلوفوسور چند تفاوت اساسی در طراحی با دلوفوسور اصلی داشت. مایکل کریتوننویسنده رمان اصلی به دایناسور توانایی پرتاب سم را داد تا توضیح دهد که چرا با وجود آرواره های ضعیفش می تواند طعمه را بمکد. در فیلم، Dilophosor تنها 1.2 متر قد دارد. این دایناسور در واقع حدود 3 متر قد داشت. به نظر می رسد تولید کنندگان سعی دارند از خطای مصرف دیلوفوسور جلوگیری کنند ولاسیرپترهای در طول فیلم، این دایناسور کوتاه‌تر شد.

واحدی که مسئول طراحی هنری فیلم بود، ایده یک مارمولک گردنی را مطرح کرد که به نسخه خود از Dilophosor دهانه رحمی داد که هنگام حمله حیوان باز می شد و می لرزید. این گردن اضافی در فیلم عالی به نظر می رسید، اما حیوان واقعی فاقد آن نمایش ها بود. اما دیلوفوسور در بالای جمجمه خود دو تاج داشت، به همین دلیل نام “مارمولک” به آن معنی می شود. باستان شناسان بر این باورند که دیلوفوسور حدود 7 متر طول و احتمالاً حدود 400 کیلوگرم وزن داشته است.

شتاب یوسین بولت (چپ) و دیلوفوسور (راست) در طول دوی 100 متر. (اندازه گیری در ثانیه مربع.)

لی توانست از بسیاری از مطالعات ذکر شده برای ایجاد تمرینات کلاس درس استفاده کند. دانش آموزان از صفحات گسترده اکسل برای انجام محاسبات خود استفاده کردند. چون اکثر آنها هنوز حساب دیفرانسیل و انتگرال را یاد نگرفته اند. کلاس به این نتیجه رسید که بولت به راحتی دیلوفوسور را حدود دو ثانیه شکست خواهد داد. لی می نویسد: «این واقعیت که میانگین سرعت یوسین بولت در یک دوی 100 متر برابر است با حداکثر سرعت دیلوفوسور به این معنی است که یوسین بولت در مسابقه پیروز خواهد شد.

طبق قانون دوم نیوتن، شتاب عامل مهمی است. محاسبات لی (و شاگردانش) شتاب اولیه 4.19 متر بر ثانیه را برای دلفوسور نشان داد که بسیار کمتر از شتاب اولیه بولت است. از آنجایی که شتاب توسط جرم و نیرو تعیین می شود، کوچکتر بودن از دایناسور به پیچ مزیت اولیه کافی می دهد تا اطمینان حاصل شود که فشاردهنده به آن نمی رسد. بیشتر شتاب بولت در چهار ثانیه اول مسابقه با نزدیک شدن به حداکثر سرعت خود رخ می دهد. لی این شتاب را از نظر بیومکانیکی به نحوه استفاده شیر از شتاب برای گرفتن سریعتر طعمه تشبیه می کند.