Zázraky spirály

Křehké mořské řasy mohou v rozbouřeném moři přežít hlavně díky svému spirálovitému tvaru

Asi ne každý ví o tom, že pohyb vody pod mořskou hladinou může být často velmi bouřlivý. Je tomu ale tak. Prudký pohyb vody může snadno potrhat křehká těla skupiny velkých mořských řas zvaných kelpy. Ty totiž pod hladinou vytvářejí často rozsáhlé porosty – tzv. kelpové lesy. Tyto řasy ale našly způsob, jak se s tím vypořádat. Rostou ve spirálovitém tvaru, který klade rozbouřené vodě nejmenší odpor. (Spirála je křivka, která obíhá pevně daný ústřední bod, a přitom se od tohoto bodu soustavně vzdaluje.) Tvar spirály má obecně mnoho výhodných vlastností, a proto se v přírodě běžně vyskytují (například v ulitách šneků).

Vynálezce a podnikatel Jay Harman si všiml spirálovitých mořských řas jako dítě a zaujala ho geometrie spirálového tvaru, kterou lze nalézt na mnoha místech v přírodě: od vodních toků, přes architektury lastur, tvar některých paroží, květy slunečnice, a dokonce i naše vlastní DNA. Jako dospělý se věnoval proudění tekutin a své zkušenosti použil k vytvoření zařízení, která využívají mnohem méně energie a materiálu než ta stávající.

Jaký vliv má pohyb vody na její rychlost?

• Vytvořte skupiny po 3 žácích. Dva studenti dostanou láhev (plastovou ca 1,5l) s vodou a jeden stopky.
• Dva žáci s lahví zahájí soutěž, aby co nejrychleji dostali vodu z láhve. První žák se snaží dostat vodu ven třepáním láhve nahoru a dolů a druhý žák pohybem láhve v kruzích (jako spirála).
• Kdo má jako první prázdnou láhev? Proč?

Proč voda teče po spirále?

Voda nejlépe teče ve spirále. Můžete to vidět třeba při vypouštění vany, když se nad odtokem vytvoří vír.  V něm proudící voda vytvoří spirálu.

Jak se voda točí, vytváří nízkotlakou oblast ve středu kruhu. Nízkotlaká oblast nasává více vody z okolí, díky čemuž je voda roztočená rychleji a rychleji. Podobně je to např. i u hurikánů nebo tornád.

(Velikost a chování víru ve vypouštěcí vaně může být ovlivněno několika faktory, jako je velikost a tvar odtokového otvoru, viskozita a teplota vody a případné překážky v proudění.)

A jak spirálovitý tvar pomáhá mořským řasám?

Neustálý pohyb vody v moři způsobuje opakované ohýbání a kývání kelpů ze strany na stranu. Řasy se snaží najít cestu nejmenšího odporu, a proto začínají růst ve spirálách. Se spirálovitým tvarem s nimi totiž voda necloumá tak silně. Kdyby se voda nehýbala, řasa bude růst jinak. Kromě snížení rizika poškození má spirálovitý tvar i další výhody, může např. zvětšit plochu povrchu dostupnou pro fotosyntézu a zlepšit schopnost řasy absorbovat živiny a sluneční světlo.

Jay Harman, inspirovaný prouděním vody v přírodě, vytvořil oběžné kolo Lily. To v čerpadle napodobuje proudění víru tím, že má lopatky uspořádané do spirály. Díky tomu vytváří při otáčení hladký, neturbulentní proud vody. Takový způsob je maximálně efektivní, a umožňuje tak minimalizovat spotřebu energie potřebnou na pohon kola (u čerpadla) či maximalizovat získanou energii. Kromě toho, protože je navrženo tak, aby vytvářelo mírný proud vody, může oběžné kolo Lily pomoci snížit riziko poškození ryb nebo jiného vodního života silnými proudy nebo turbulencemi ve vodě.

Some STEAM opportunities include:

• Porozumění vztahu mezi strukturou a funkcí
• Identifikujte, jak jsou rostliny různými způsoby přizpůsobeny, aby vyhovovaly jejich prostředí, a že přizpůsobení může vést k evoluci.
• Pozorování a kladení otázek
• Provedení jednoduchého testu
• Předpovídání.
• Aplikace učení na skutečný svět.

Podívejte se na video o oběžném kole Lily Jaye Harmana (watch here).

Další vysvětlení o vodních vírech (read more here).

Podívejte se jak se řasy pohybují v oceánu (watch here).

Podívejte se, jak vznikají vodní turbíny na principu vírů (watch here).

Jak vzniká vír (česky) https://www.em.muni.cz/vite/7100-jak-vznika-vir