در زیر سطح رودخانه ها و نهرها، گیاهان آبزی با جریان آب در نوسان هستند و نقشی نادیده اما حیاتی در حیات آبراه ایفا می کنند. از طریق یک سری آزمایش‌های جدید که این موج‌های زیرآبی را مدل‌سازی می‌کند، محققان نحوه خم شدن گیاهان شبیه‌سازی شده توسط جریان و نیروهای کششی اعمال شده بر آنها را اندازه‌گیری کرده‌اند. تجزیه و تحلیل برای مدیریت و درک بهتر این سیستم‌های آبی و به طور بالقوه حتی برای دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی مهم است.
گیاهانی که در پرتگاه آبی پنهان شده اند، جریان را کاهش می دهند، از فرسایش جلوگیری می کنند و برای انتقال رسوب، کیفیت آب و به عنوان زیستگاه گیاهان و حیوانات مهم هستند.برای دانشمندانی که می‌خواهند این رودخانه‌ها و اکوسیستم‌ها را بهتر درک کنند، و برای مدیران زمینی که می‌خواهند از سلامت این محیط‌ها اطمینان حاصل کنند، دانستن اینکه جریان آب چگونه بر گیاهان تأثیر فیزیکی می‌گذارد حیاتی است.
برای مثال، جریانی که خیلی قوی است، می تواند پوشش گیاهی را بشکند، ریشه کن کند و از بین ببرد. دانستن نیروهایی که اعمال می شود می تواند به مدیران زمین کمک کند تا نحوه انحراف جریان و محافظت از گیاهان را تعیین کنند. اندازه‌گیری‌های نیروهای کشش همچنین می‌تواند شبیه‌سازی‌های کامپیوتری را که مکانیک سیالات و پراکندگی مواد شیمیایی و مواد مغذی مهم در اطراف گیاهان را مدل‌سازی می‌کنند، ارائه دهد.
با این حال، تحقیقات قبلی فقط این نیروها را بر روی یک گیاه یا برگ مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است و کشف کرده است که برای کاهش نیروها تغییر شکل می دهد و خم می شود. اما مطالعات اثر گیاهان همسایه را در کلنی های آبزی نادیده می گیرند.
دلفین داپلر، فیزیکدان دانشگاه لیون، می‌گوید: «نیروها برای یک گیاه شناخته شده بودند، اما واضح نبود که وقتی در یک آرایه در زیر آب قرار می‌گیرند، فعل و انفعالات قوی بین گیاهان جداگانه وجود داشته باشد. فرانسه.
اکنون، برای اولین بار، داپلر و همکارانش نیروی کششی را که توسط یک گیاه منفرد در مستعمره‌اش تجربه می‌شود، مطالعه کردند. به طور خاص، آنها بررسی کرده اند که چگونه نیرو به فاصله بین گیاهان بستگی دارد و چگونه تغییر شکل گیاه به سرعت جریان و اندازه گیاه بستگی دارد. آنها تجزیه و تحلیل خود را در فیزیک سیالات این هفته از انتشارات AIP شرح می دهند.
در آزمایش‌های خود، محققان با استفاده از نوارهای پلاستیکی انعطاف‌پذیر به عرض ۱۰، ۱۵ و ۲۰ میلی‌متر و ارتفاع ۶۰ میلی‌متر، گیاهان را مدل‌سازی کردند. نوارها ردیف شدند و در یک مخزن آب شیبدار قرار گرفتند که جریان کنترل شده را در یک شیب امکان پذیر می کند. با استفاده از دوربین ها و با دانستن شیب مخزن، محققان می توانند چگونگی فشار آب به گیاهان شبیه سازی شده را تعیین کنند.
آنها دریافتند که حتی وقتی توسط دیگران احاطه می شود، یک نوار به همان شکلی خم می شود که گویی تنهاست. از سوی دیگر، با نزدیک‌تر کردن نوارها توسط محققان، نیروی کشش کاهش می‌یابد. نوارهای مجاور مقداری از جریان را مسدود می کنند و نیرو را روی یکدیگر کاهش می دهند.بنابراین، گیاهان منفرد در یک تاج آبزی متراکم نیازی به تغییر شکل به اندازه یک گیاه ندارند تا از آسیب جدی ناشی از جریان های قوی جلوگیری کنند. با این حال، زمانی که فاصله بین نوارها حدود چهار برابر بیشتر از عرض آنها باشد، این اثر غربالگری ناپدید می شود. به طور مشابه، ضریب پسا - عددی که قدرت نیروی پسا را کمی می کند - با دورتر شدن نوارها به صورت خطی افزایش می یابد. ضریب افزایش می یابد تا زمانی که فاصله دوباره حدود چهار برابر عرض نوار شود.
تحلیل جدید ممکن است به مهندسانی کمک کند که در حال طراحی دستگاه هایی هستند که انرژی سیالات متحرک را به الکتریسیته تبدیل می کنند. این دستگاه‌ها از همان نوع پلاستیک انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند که گیاهان در حال نوسان را تقلید می‌کند.
مرحله بعدی، داپلر می گوید، مطالعه حرکات موج بین نوک گیاهان و سطح آب است. جریان در این منطقه نقش مهمی در تبادل مواد شیمیایی و مواد مغذی بین گیاهان و آب دارد.
مطمئناً، راه اندازی آزمایشی یک سناریوی ایده آل است، زیرا بیشتر گیاهان در رودخانه ها نوارهای مستطیلی نیستند که در فواصل یکنواخت از یکدیگر قرار گرفته اند.با این حال، داپلر می‌گوید، نتایج کلی - کاهش خمش و اینکه چگونه تراکم کلنی‌های آبزی بر نیروی کشش تأثیر می‌گذارد - باید در موارد واقعی‌تر باقی بماند و نقطه شروع خوبی برای شبیه‌سازی واقعی‌تر از آنچه در اعماق رودخانه اتفاق می‌افتد فراهم کند.
