وزن مغز و رابطه آن با هوش موجودات

مغز پیچیده‌ترین اندام یک موجود زنده بشمار می‌رود که در طی میلیون‌ها سال تکامل یافته و به عالی ترین شکلی در مغز انسان خردمند (هومو ساپینس) تجلی یافته است. رابطه میان هوشمندی یک موجود و وزن مغز آن همواره مورد تحقیق دانشمندان بوده است. یک معیار ساده در این رابطه عبارت از این است که هر چه وزن مغز موجودی بیشتر باشد، آن موجود از هوش بالاتری برخوردار است.

در حالی که وزن مغز یک انسان متوسط یعنی هوشمندترین موجود تکامل یافته در عالم حدود 1320 گرم است، مغز یک فیل آفریقایی وزنی حدود 5712 گرم و وزن مغز یک نهنگ اسپرم حدود 7800 گرم است. هر دو این حیوانات از هوش و حافظه بالایی برخوردارند لیکن شکی نیست که انسان با وزن مغزکوچکتر با درجات بسیار بالاتری باهوشتر از این موجودات است.

مقایسه وزن مغز انسان و نهنگ اسپرم (عنبر)

برای رسیدن به یک رابطه علمی درست و قابل توجیه میان کمیت‌هایی مانند وزن بدن، وزن مغز و درجه هوشمندی یک موجود، دانشمندان روابط زیادی را مورد مطالعه قرار داده اند. اسنل در قرن نوزدهم میلادی رابطه زیر را پیشنهاد کرد:

که در آن E وزن مغز، S وزن بدن، C ثابتی به نام "عامل مغزی" (cephalization Factor) و r ضریبی است که بطور تجربی تعیین می‌شود. بهترین مقداری که برای r پیشنهاد شده توسط مک فیل و 0.66 برای بیشتر پستانداران بوده است. با تقسیم مقدار C بدست آمده از فرمول بالا برای هر موجود، بر مقدار متوسط بدست آمده برای یک پستاندار با وزنی قابل مقایسه، به ضریبی به نام "ضریب بزرگی مغز" یا EQ می رسیم (Encephalization Quotient) که مقدار آن برای موجودات مختلف در جدول زیر قابل مشاهده است:

گونه	EQ	گونه	EQ
انسان	7.44	گربه	1.00
دلفین	5.31	اسب	0.86
شمپانزه	2.49	گوسفند	0.50
فیل	1.87	موش	0.40
نهنگ	1.76	خرگوش	0.40
سگ	1.17

مقادیر این جدول با مشاهدات ما درباره هوش موجودات تا حد زیادی تطابق دارد. می‌بینیم که انسان در بالای این فهرست قرار دارد در حالی که دلفین باهوشترین پستاندار پس از انسان با فاصله کمی در مکان بعدی قرار گرفته است.

به تازگی کشف شده است که دلفین ها مهارتهای ارتباطی بسیار فراتر از انسانها دارند. یک دلفین قادر است با ارسال پیامهای صوتی تصویر یک ماهی را به دلفین دیگری منتقل کند. اگر ما انسانها دارای چنین قابلیتی بودیم باید می توانستیم یک تصویر هولوگرافیک را تنها با استفاده از چشمانمان به فرد دیگری منتقل کنیم. این در حالی است که ما با استفاده از واژگان و سخن گفتن چنین کاری را انجام می‌دهیم. برای مثال زمانی که می گوییم "درخت"، فرد شنونده تصویر یک درخت را در مغز خود می سازد. دلفین قادر به پرش از این مرحله است و تصویر یک شی را می تواند مستقیما به همنوع خود منتقل کند.

منابع:

http://serendip.brynmawr.edu/bb/kinser/Int3.html

http://www.onegreenplanet.org/animalsandnature/human-intelligence-versus-whales-and-dolphins/

https://faculty.washington.edu/chudler/facts.html

کانال تلگرام موزه علم و دانش

مطالب خواندنی درباره علوم و فنون مختلف همراه باتصاویر و فیلم های جالب

@science_fair

https://t.me/science_fair

زندگانی و دستاوردهای علمی پروفسور مریم میرزاخانی

زندگانی و دستاوردهای علمی پروفسور مریم میرزاخانی

پرفسور مریم میرزاخانی، یکی از بزرگترین دانشمندان علوم ریاضی دنیا در 24 تیرماه 1396 بر اثر بیماری پیشرفته سرطان درگذشت. او اولین زنی بود که به دریافت جایزه مدال فیلدز در سال 2014 نایل شد. این جایزه معادل نوبل ریاضیات و یکی از معتبرترین جوایز دنیای علوم است.

مریم میرزاخانی هنگامی که یک نوجوان بود دو بار در سالهای 1994 و 1995 موفق به دریافت مدال طلای مسابقات جهانی المپیاد ریاضی گردید. در 1999 با درجه کارشناسی از دانشگاه صنعتی شریف فارغ التحصیل گردید و پنج سال بعد دکترای خود را از دانشگاه هاروارد برای پایان نامه خود "ژئودزیک‌های ساده بر سطوح هایپربولیکی و حجم فضای ماژولی منحنی‌ها" دریافت کرد. در سال 2008 او مقام استادی دانشگاه استانفورد را بدست آورد.

میرزاخانی بر مطالعه سطوح هایپربولیکی با استفاده از فضاهای ماژولی آنها متمرکز بود. در فضاهای هایپربولیکی برخلاف فضای اقلیدسی ساده، اصل پنجم اقلیدس حاکم نیست. مطابق اصل پنجم اقلیدس، از یک نقطه تنها می توان یک و فقط یک خط موازی خط معینی رسم کرد. در فضای هایپربولیکی نااقلیدسی، از یک نقطه ثابت می‌توان بی نهایت خط موازی یک خط مفروض دیگر رسم کرد. مجموع زوایای یک مثلث در فضای هایپربولیکی کمتر از 180 درجه است. در چنین فضای انحناداری، کوتاهترین مسیر بین دو نقطه را ژئودزیک می نامند. برای مثال بر روی یک کره، ژئودزیک یک دایره بزرگ است. مطالعات میرزاخانی شامل محاسبه تعداد ممکن یک نوع خاص ژئودزیک به نام ژئودزیک ساده در فضاهای هایپربولیکی بود.

فن بکار رفته توسط او مشتمل بر ملاحظه فضاهای ماژولی سطوح بود. در این حالت فضای ماژولی مجموعه ای از فضاهای ریمانی است که دارای ویژگی معینی هستند. میرزاخانی چنین یافته بود که یکی از خواص فضای ماژولی به تعداد ژئودزیک‌های بسته ساده یک سطح هایپربولیکی مربوط می شود.

بی شک درگذشت زودهنگام این دانشمند بزرگ ضایعه بزرگی برای جامعه علمی دنیاست. به بیان شاعر:

از نگاه دو چشم یک تن کم    وز نگاه خرد هزاران بیش

منبع: دایره المعارف بریتانیکا، 2017-15-7

عوامل موثر بر مانورپذیری هواپیما

عوامل موثر بر مانورپذیری هواپیما

تالیف: اصغر ناصری

مانورپذیری یک هواپیما به عوامل متعددی بستگی دارد لیکن یکی از مهم ترین آنها قابلیت هواپیما در دور زدن است. در یک وضعیت جنگی میان دو هواپیمای متخاصم که با سرعت یکسانی پرواز می کنند، هواپیمایی که بدون ازدست دادن ارتفاع قادر به دور زدن باشد دست بالا را خواهد داشت. در این بحث سایر عوامل مانند پایداری هواپیما، کنترل پذیری آن، تسلیحات و البته مهارت خلبان دو هواپیما را یکسان فرض کرده ایم.

در دور زدن پایدار یک هواپیما، نیروی بالابر تولید شده توسط بالها نه تنها وزن هواپیما، بلکه نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط گردش هواپیما را نیز باید خنثی کند. ضریب بار (load factor) به صورت نسبت نیروی بالابر در گردش به وزن هواپیما تعریف شده و بر حسب واحد g، شتاب گرانشی تعریف می شود. بنابراین در یک گردش با شتاب 2g بال باید نیروی بالابری دوبرابر وزن هواپیما تولید کند. اندازه ضریب بار توسط زاویه گردش به پهلوی هواپیما تعریف می شود. برای مثال گردش های با شتاب 2g و 5g نیاز به گردش هواپیما به پهلو به میزان 60 و 78.5 درجه (به ترتیب) دارند. نهایتا اینکه برای یک زاویه گردش و در نتیجه ضریب بار معین، شعاع گردش با مجذور سرعت تغییر می کند. برای مثال دوبرابر ساختن سرعت هواپیما باعث می شود شعاع گردش هواپیما 4 برابر شود. البته واماندگی (stall) بال تاثیر مهمی بر قابلیت دور زدن هواپیما در سرعت و زاویه گردش به پهلوی معین دارد.

یک جنگنده سوخو 30 در حال دورزدن با زاویه حمله بزرگ

عامل مهم دیگر در قابلیت مانور دادن یک هواپیما بار روی بال (wing loading) است که به صورت بار آیرودینامیکی وارد بر سطح بال هواپیما در پرواز و بر حسب نیوتن بر متر مربع بیان می شود. هرچه بار روی بال هواپیمایی کمتر باشد، هواپیما در مانور دادن با مقاومت کمتری از سوی جریان هوا مواجه می شود. بنابراین هواپیمایی    مانند F-15 که مساحت بال زیاد و بار روی بال کمتری دارد قادر است سریعتر و آسانتر از هواپیمایی مانند F-104 با بالهای فوق العاده کوچک و بار روی بال زیاد مانور بدهد.

F-104 Starfighter                                                                                                         F-15C Eagle

قدرت موتور هواپیما عامل دیگر در مانورپذیری آن است. هرچه نسبت نیروی پیشران هواپیما به وزن آن (thrust-to-weight ratio) بیشتر باشد قدرت مانور دادن هواپیما بیشتر است و می تواند بدون از دست دادن ارتفاع با پیچ تند دور بزند.

جنگنده شکاری F-15 Eagle با بار روی بال 55 پاوند بر فوت مربع و ضریب نیروی پیشران به وزن 1.35 یکی از مانورپذیرترین جنگنده های دنیا است. ضریب نیروی پیشران به وزن بالاتر از 1 بدین معنا است که هواپیما می تواند در هنگام پروازعمودی نیز شتاب بگیرد.

جنگنده های سبک و مدرنی مانند F-16 و F-18 از گسترش ریشه بال در لبه حمله (Leading Edge Root Extension) برای ممانعت از واماندگی بال در زاویه حمله زیاد استفاده می کنند. زمانی که یک هواپیما زاویه حمله خود را یش از حد مجاز افزایش می دهد (نوک هواپیما زاویه زیادی با افق می گیرد) در بالها حات واماندگی (استال) ایجاد می شود. واماندگی حالتی است که در آن نیروی بالابر تولید شده توسط بالها به صفر می گراید و ممکن است هواپیما در این حالت کاملا از کنترل خارج شده و بدور محور عمودی خود دوران کند. گسترش ریشه بال در لبه حمله ایجاد جریانهای گردابی (Vortex) در لبه حمله می کند که به نوبه خود از واماندگی هواپیما در زوایای حمله بزرگ پیش گیری می کند. بنابراین هواپیماهای مجهز به این امکان قادرند با زاویه حمله بزرگتر مانور دهند.

F/A-18 Super Hornet

جدیدترین ابداع در زمینه مانورپذیری هواپیما، موتورهای مجهز به تغییر جهت جریان پازهای خروجی (thrust vectoring) هستند که در آنها نازل قادر به چرخش به سوی بالا و پایین یا در جهات دلخواه است. بدین ترتیب در هنگام مانور نیروی پیشران در جهت دلخواه وارد ده و هواپیما می تواند با سرعت کم مانورهای بسیار پیچیده ای انجام دهد. جنگنده Su-35 روسیه و جنگنده پیشرفته F-22 آمریکا مجهز به چنین امکانی هستند و ترکیب این امکان با طرح آیرودینامیکی ممتاز به آنها لقب هواپیماهای ابرمانورپذیر (super maneuverable) داده است.

MiG-29OVT thrust vectoring

تکامل هواپیمای مدرن (بخش سوم:  تکنولوژی جت)

تالیف: اصغر ناصری

در تالیف این سلسله مقالات از منابع دست اول و معتبر اینترتی همچون سایت:

NASA History Office: Quest for Performance, The Evolution of Modern Aircraft

استفاده شده است. لطفا در صورت نقل قول و استفاده از متن مقاله، با ذکر منبع آن (سایت دنیای علم و تکنولوژی) فرهنگ امانت داری علمی را ترویج دهید.

پیش ران جت

وقتی سرعت نوک ملخ در یک هواپیمای ملخی به عدد ماخ 1 نزدیک می شود، بازده آن بطرز قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. یکی از مزیت های مهم سیستم های پیش ران جت، غلبه بر این مشکل است. ورودی هوا و سیستم های جریان داخلی سیال در موتورهای جت به گونه ای طراحی شده اند که سرعت ورود هوا به اولین مرحله کمپرسور محدود می شود بطوری که اثرات مخرب جریان سیال با سرعت نزدیک به عدد ماخ پیش نمی آید.

مزیت مهم دیگر موتور جت نسبت به موتور پیستونی، این است که نسبت توان تولیدی به وزن در موتورهای جت بسیار بالاتر است و توان عظیمی را می توان در حجم کوچکی از یک موتور جت متراکم کرد. جدول زیر یکی از بهترین هواپیماهای مسافربری ملخی را با هواپیمای جت بوئینگ 747 مقایسه می کند. اعداد بخوبی نشانگر برتری بدون چون و چرای هواپیمای جت هستند. همانطور که دیده می شود موتورهای توربوفن بوئینگ 747 تقریبا 9 برابر موتورهای پیستونی لاکهید که از بهترین موتورهای آن زمان بودند، قدرت تولید می کند. موتورهای جت نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری نیز دارند و از کار افتادن موتور جت پدیده نسبتا نادری محسوب می شود.

موتورهای توربوجت و توربوفن

دو نوع اصلی سیستم پیشرانه جت عبارتند از موتور توربوجت و موتور توربوفن. موتور توربوجت مطابق شکل زیر شامل کمپرسورهای پرفشار و کم فشار، اتاق احتراق و توربین های پرفشار و کم فشار است. در توربوجت، تمامی هوای ورودی از همه بخش های موتور عبور می کند. کمپرسورها فشار هوای ورودی را بالا می برند. هوای پرفشار که بسیار داغ شده است وارد اتاق احتراق شده و سوخت به داخل آن پاشیده می شود. مخوط سوخت و هوا مشتعل شده و گازهای داغ ناشی از اشتعال از درون توربین می گذرند که به نوبه خود کمپرسورها را می چرخاند. گازهای خروجی از نازل موتور تولید نیروی پیش ران می کنند.

موتور نشان داده شده در شکل بالا یک موتور twin-spool خوانده می شود. کمپرسور فشار پایین توسط توربین فشار پیین و کمپرسور فشار بالا نیز توسط توربین فشار بالا گردانده می شود. این دو واحد با سرعتهای مختلفی می گردند تا در تمامی مراحل تراکم راندمان بالایی را حفظ کنند.

موتور توربوفن دارا ی تمامی عناصر یک موتور توربوجت هست (شکل پایین) لیکن قسمتی از انرژی گازهای خروجی توسط توربینی گرفته می شود که یک فن را می گرداند. بخشی ازهوای ورودی به موتور که از فن می گذرد از پیرامون موتور عبور داده می شود. بنابراین فن شبیه ملخی است که توسط توربین گردانده می شود. لیکن برخلاف ملخ، فن می تواند شامل 20 تا 50 تیغه باشد که در این صورت به یک کمپرسور شبیه تر است. موتور توربوفن دارای این مزیت است که به حجم بزرگی از جریان هوا سرعتی اضافه می دهد و در نتیجه با صرف مقادیر کمتری انرژی نیروی پیش ران بزرگتری تولید می کند. بیشتر هواپیماهای مدرن از موتور توربوفن استفاده می کند.

سیستم پس سوز

بیشتر هواپیماهای نظامی در برخی مواقع به یک افزایش بزرگ و کوتاه مدت در نیروی پیش ران در هنگام عملیاتی مانند برخاستن، صعود، شتاب گیری و مانورهای جنگی دارند. موتورهای پس سوز دار پاسخی به این نیاز هستند. در این نوع موتورها سوختی اضافی مستقیما به جریان گازهای خروجی پاشیده شده و در لوله دنباله موتور سوزانده می شود. بدین ترتیب یک افزایش 50 تا 80 درصدی در نیروی پیش ران ایجاد می شود که البته به بهای مصرف بالای سوخت است.

پیکربندی بال برای پرواز سریع

تقریبا تا اواخر جنگ جهانی دوم تمامی هواپیماها دارای بالهای مستقیم بودند. این نوع بال برای پرواز با سرعت کمتر از سرعت صوت و ارتفاعات کم تا متوسط بسیار مناسب است و پایداری پرواز زیادی ایجاد می کند زیرا جریان هوا از دو طرف مقطع بال لایه ای و غیرمغشوش است. اما با نزدیک شدن به سرعت صوت امواج شوک مانند نیروی زیادی به بال هواپیما وارد می کنند که باعث ناپایداری هواپیما می شود. آلمانها در خلال جنگ جهانی دوم دریافته بودند که بالهای به عقب برگشته (Sweptback wings) برای پرواز در سرعت های زیاد مناسب تر هستند. در این نوع بالها نیروی جریان هوا به دو مولفه عمود بر بال و در راستای زاویه بال تجزیه شده و نیروی کلی وارد بر بال در سرعتهای بالا کاهش می یابد. در نتیجه تنها هواپیماهای مجهز به بالهای به عقب برگشته می توانند با سرعتهای بالای سرعت صوت پرواز پایداری را تجربه کنند. در سرعتهای بالا این نوع بال مقاومت کمتری نیز در برابر جریان هوا از خود نشان می دهد در نتیجه نیروی پسا یا drag کاهش می یابد.

 

از کانال موزه علم و دانش بازدید فرمایید:

مسایلی برای دانش آموزان علاقمند به ریاضی

مسایلی برای دانش آموزان علاقمند به ریاضی

مناسب برای کلاسهای دهم و یازدهم

انتخاب و حل: اصغر ناصری ([e-mail])

یکی از نقاط ضعف بزرگ کتابهای درسی ریاضی نظام جدید از همان ابتدای اجرای این نظام آموزشی، تعداد اندک تمرینها و مثالهای ارائه شده در پایان هر فصل بوده است که دانش آموز علاقمند به دانستن بیشتر را همواره تشنه نگاه می دارد. این فقدان به مرور زمان و با ورود افراد بی تجربه در هیات تالیف کتابهای درسی بزرگتر و پررنگتر شده است. کتابهای کمک درسی پرشمار و رنگارنگ موجود در بازار نیز بیشتر این دانش‌آموزان مشتاق را در انبوهی از مسایل تکراری و مشابه سردرگم می‌کنند. در این نوشتار که ادامه خواهد یافت، مسایلی از منابع خوب قدیمی مانند کتابهای تالیفی استاد فقید ریاضی دکتر پرویز شهریاری همراه با حل ارائه می‌گردد. لازم به ذکر است که در کتابهای درسی نظام جدید برخی واژگان مجعول از قبیل دنباله عددی و هندسی جایگزین واژگان پرمعنا و مفیدی چون تصاعد حسابی و هندسی شده است که دلیل این کار همچون بسیاری تصمیمات نابخردانه دیگر نویسندگان کتابهای درسی بر صاحبنظران معلوم نیست.

دانلود سری اول مسایل جالب ریاضی برای دانش آموزان علاقمند

از کانال موزه علم و دانش بازدید فرمایید: