مراحل بالزنی یک حشره

حشرات انواع حرکات پروازی خود همچون پرواز ایستا(Hover)، رو به جلو(Forward Flight) و یا گردش(Turn) را با تغییردر مراحل مختلف بالزنی، امکانپذیر می سازند. آنها در پرواز از یک مرحله به مرحله ی دیگر از بالزدن، بسیاری از ویژگی های حرکتی خود را بسرعت تغییر می دهند همچون زاویه ی حمله، میزان تغییر جهت از صفحه ی  Stroke، فرکانس بالزدن و مسیر حرکتی نوک بال را .

به علاوه آنها قادرند این پارامترها را برای هر بال خود به صورت مستقل تغییر داده و مانور دلخواه خود را انجام دهند به همین دلیل این گمراه کننده است که بخواهیم تمام الگو های حرکتی بال یک حشره را در یک الگوی ساده خلاصه کنیم و آن را توضیح دهیم.

بسیاری از محققان مطالعات خود را تنها به حالت پرواز ایستای حشرات محدود کرده اند چرا که توضیح ریاضی آن چندان پیچیده نبوده و بالانس نیروهای وارد بر حشره از طریق برابر قرار دادن نیروهای لیفت(برآ) و وزن حشره به سادگی امکانپذیر است. در حالت پرواز ایستا بسیاری از حشرات در یک صفحه ی تقریباً افقی، بال های خود را به سمت جلو و عقب می برند(شکل 1) در حالی که در سایر حالات پروازی، بال ها در یک حالت شناوری مایل گونه و دارای شیب، حرکت می کنند.

شکل 1- بالزدن یک حشره در حالت ایستا(Hovering)

شیوه ی بالزنی اغلب حشرات در پرواز ایستا ، بطور کلی به دو نوع شیوه قابل تقسیم است:

در شیوه ی اول که در بیشتر حشرات دیده شده ، حرکت بال یک حشره در یک سیکل بالزنی به 4مرحله ی سینماتیکی تقسیم می شود،2مرحله ی انتقالیdownstoke و upstrokeو2مرحله ی چرخشیsupinationوpronation(شکل2)

همانطور که در شکل 2 دیده می شود مرحله ی انتقالی  downstroke به حرکت بال از پشت  به سمت شکم حشره،گفته میشود و بر عکس آن، حرکت انتقالی upstrokroke است که در آن  بال حشره از قسمت شکم به سمت پشت حرکت مینماید.

شکل 2- سینماتیک بالزنی یک حشره در حالت ایستا

 در مرحله ی چرخشی supination نیزکه در انتهای مرحله downstrokeرخ می دهد بال به سرعت حول محور اسپن خود به سمت بالا میچرخد وبدین ترتیب مسیر حرکت خود را تغییر می دهد. در انتهای مرحله ی upstroke نیز بال با چرخش سریع رو به پایین حول محور اسپن خود ، عمل pronation را انجام میدهد و بدین ترتیب بال آماده ی حرکت انتقالی بعدی یعنیdownstroke  می گردد.(شکل های2 و 3) البته محققان ، چرخش بال توسط حشرات(مراحل pronation  و supination ) را در سه نوع  دسته بندی کرده اند که عبارتند از :

1-چرخش پیشین(advanced rotation) که در آن بال قبل از رسیدن به انتهای هرStroke( به هریک از مراحل downstroke و upstroke گویند.)، زاویه حمله ی خود را به منظور انجام حرکت انتقالی تغییر می دهد.   2-چرخش متقارن(اsymmetry rotation) که در آن، در انتهای هر  Stroke، بال نیمی از تغییر زاویه حمله را انجام داده و نیم دیگر را در ابتدای  Strokeبعدی و به هنگام شتاب گیری انجام می دهد. 3-چرخش تأخیری(delayed rotation) که در آن، بال پس از آنکه جهت حرکتش معکوس شد شروع به تغییر زاویه ی حمله ی مورد نیاز برای حرکت انتقالی خود، می نماید.

شکل 3- سینماتیک بالزنی ایستای یک حشره در دو نما

 تغییرات سرعت بال در طول یک سیکل بالزنی با اغماض از بعضی تغییرات کوچک را می توان اینگونه بیان داشت که :

سرعت حرکت بال در طول مراحل انتقالی upstroke  و downstroke تقریبا ثابت است و فقط در انتهای این مراحل ، حشره سرعت انتقالی بال خود را با یک شتاب کاهنده به صفر می رساند تا بتواند عمل چرخش (مراحل supinationوpronation) را انجام دهد.در طول مراحلsupination وpronation هم(با فرض چرخش متقارن بال(بعدا توضیح داده می شود)) با یک شتاب افزایشی، بال سرعت چرخش خود را درست در لحظه ی برگشت، به ماکزیمم مقدار خود رسانده و پس از معکوس شدن جهت حرکت، با یک شتاب کاهنده سرعت چرخش خود را کاهش می دهد تا به صفر رسیده و بتواند حرکت انتقالی بعدی را انجام دهد. شکل زیر نمایشی از آنچه گفته شد را برای یک حشره نشان می دهد:

شکل4-  تغییرات سرعت  انتقالی (خطی) بال ها در یک سیکل(stroke) بالزنی(نمودار سبز رنگ)و تغییرات سرعت چرخشی (تغییر زاویه ی حمله) بال ها در یک سیکل بالزنی (نمودار بنفش)

 در دومین شیوه بالزنی که به حشرات خاصی محدود می شود علاوه بر داشتن 4 مرحله ی بالزنی گفته شده در حالت قبل دو مر حله ی اضافی دیگر به نام fling و clap هم وجود دارد.از جمله حشراتی که از این شیوه ی بالزنی بهره می گیرند نوع خاصی از زنبور به نام [1]Encarsia formosa می باشد. سیکل بالزنی زنبور Encarsia formosa  بصورت زیر میتوان خلاصه کرد :

 قبل از شروع سیکل بالزنی ، دو بال به یکدیگر نزدیکند (شکل5-a )

سیکل بالزنی با مرحله ی  flingشروع می شود که در طول آن، بال ها با چرخیدن حول لبه های فرارشان، باز شده و یک  Vرا شکل میدهند(شکلb) به دنبال مرحله ی fling  بال ها از هم جدا شده و در جهت های مخالف حول بدن حرکت می کنند (که حرکت انتقال downstroke نامیده میشود (شکل5-c )

بال ها بعد از جدا شدن تا یک فاصله ی معین، با ضربه ای سبک و آهسته می چرخند تا اینکه لبه های پایینی بال بیایند بالا و برعکس لبه های بالایی بیایند پایین (مرحله ی. [2]flip شکلd ) سپس بال ها عقب عقب(dorsally)به سمت یکدیگر وبطرف بالا حرکت می کنند (که حرکت انتقالی upstroke نامیده می شود. شکلe ) هنگامی که لبه های حمله ی بالها به یکدیگر نزدیک شدند ، بال ها clap  میکنند بدان معنا که بال ها حول لبه ی حمله شان میچرخند(شکلf )تا اینکه لبه های فرارشان به هم رسیده و بال ها به مکان اولیه شان باز گردند.

شکل 5- سیکل بالزنی زنبور Encarsia formosa

ادامه دارد...

پی نوشت :

Encarsia formosa : نام زنبور خاصی است که در کشاورزی از آن برای از بین بردن آفات گیاهی همچون حشرات ریز مزاحم استفاده میشود.

 flip:  به معنای تلنگر زدن ، ضربه ی سبک و آهسته زدن