الگوهای موجود بر سطح ریپل های ماسه ای و بررسی شباهت آنها با الگوهای ارتعاشی اجسام

دسته رسوب شناسی و زمین شناسی دریایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده مهدی انصار
تاريخ برگزاری ۲۳ مهر ۱۳۸۴

Abstract:

  Looking carefully at the pictures that are taken from the ripples will reveal some patterns on them. In this research, using of the holographic pictures, as a testifier, is remanded for getting a conclusion approach to the comparing of ripples pattern, and vibration mechanism discussions. It seems that, these patterns at least in somewhere, are similar to the patterns that are created by the rhythmic turbulent patterns of the currents passing through the ripples

چکیده :
          اگر به تصاویر گرفته شده از ریپل ها  دقت شود ، به نظر می رسد بتوان الگوهایی (Patterns ) را بر روی آنها تشخیص داد . در این تحقیق از مقایسه الگوهای ایجاد شده بر روی ریپل ها با مباحث مکانیک ارتعاش استفاده گردیده و از تصاویر هولوگرافی ، بعنوان شاهدی بر موضوع  ، کمک گرفته شده است.گمان می رود این الگوها حداقل در برخی موارد به الگوهای ایجاد شده دراثر تلاطم های ریتمیک (Rhythmic Turbulent ) جریان های  توده ای  گذرنده از روی ریپل ها  شباهت   داشته باشد 
مقدمه :
        در این تحقیق ، به مطالعه  سری الگوهایی می پردازیم که بر پهنه های ریپل دار دیده می شود . اگر امتداد خط الراس های ریپل ها را در تصاویری که از آنها گرفته شده  دنبال کنیم ، به نظر می رسد که همیشه موازی هم نبوده و در جاهایی همدیگر را قطع می کنند . در ضمن اگر امتداد هر خط الراس ( Crest ) را به تنهایی  دنبال کنیم دیده می شودکه بعضی اوقات  اعوجاج ، شکستگی و یا بر گشتگی هایی در مسیر آن  وجود دارد . هر جا که چنین رویدادی در خط الراس ریپل مشاهده می شود ، تقریبا در ریپل بعدی و یا قبل آن نیز رویت می گردد به طوری که از دنبال کردن مجموعه این به اصطلاح  نقاط  (Points ) ،  می توان الگو هایی را در پهنه هایی که ریپل ها در آنها  تشکیل شده اند  تشخیص داد ( شکل – 1 ) .
 روش مطالعه به این صورت است که  ابتدا یک سری مباحث مکانیک ارتعاش آورده می شود تا نشان داده شود که  نقاط ، خطوط ویا سطوح گره ( Node Points, Lines or Surfaces )چگونه به وجود می آیند  .از این مفاهیم به دفعات در این مقاله استفاده شده است .  پس از آن ، تصاویر گرفته شده از ریپل ها آورده می شودتا نشان داده شود چگونه الگوهای خطی ایجاد شده در ریپل ها ، به الگوهای خطوط گره ایجاد شده در اجسام درحال ارتعاش دو بعدی و مخصوصا سه بعدی  شباهت دارد.
  نمونه برداری و یا عکس برداری خاصی که مربوط  به ایران باشد برای این تحقیق انجام نشده است . کتب مرجع و عمومی زمین شناسی ، تصاویر و عکس های خوبی از ریپل های امروزی و سنگ شده دارد و همین برای منظوری که این تحقیق به دنبال آن است کفایت می کند.
           -  مسایل تئوریک :        
           در بحث ارتعاش تارها، این طور مطرح می شود که یک تار مرتعش را می توان با قرار دادن  نوک  انگشت  دست ویا هر مانع مشابه ، درفواصلی که مضرب صحیحی از طول تار باشد ، وادار به ارتعاش توالی های هارمونیک درجه اول و دوم و… از فرکانس اصلی ارتعاش کرد . شکل تار مرتعش ، بصورت یک منحنی سینوسی است که در آن ، قسمتهایی که در حال ارتعاش می باشد ، شکم (Loop or Anti-node ) و نقاطی که  به حالت سکون باقی می ماند ، گره ( Node Point ) نامیده می شود ‹ مرجع 7 ›.
 ارتعاش در دو بعد ، به این صورت است که  سطوحی در حال ارتعاش بنام سطوح شکم (Anti-node Surfaces ) و خطوطی که  ارتعاشی نداشته و بنام خطوط گره ( Node Lines) معروف است ، به وجود خواهد آمد(شکل-2).برای آشکار کردن الگوهای هارمونیکی ارتعاش، بنا به یک روش قدیمی ، از کشیدن آرشه ویلن به لبه یک صفحه مربع شکل از جنس  برنج کمک گرفته می شودکه به منظور آشکار کردن خطوط گره  ، پودر گل سفید (Chalk ) بر روی صفحه می پاشند (شکل-3-a) .در روش جدید تر ، از تکنولوژی تصاویر هولوگرافی (Holographic Pictures  )  استفاده می شودکه درآن ، از گسیل پرتو لیزر از دو زاویه مختلف بهره برده میشود که ظرایف ارتعاشی صفحه با وضوح بسیار بالایی آشکار می شود( شکل-3-b ) .  امروزه باکمک مدل سازی رایانه ای ،  مدل های سه بعدی ارتعا شات را شبیه سازی می کنند( شکل –3-c )   ‹ 6 ›.
        درک مفهوم ارتعاش درفضای سه بعدی  آسان است . درجسمی که خاصیت ارتجاعی دارد و در ضمن از لحاظ فضایی محدود است ( انتها داشته باشد) ، شوک مکانیکی بصورت سری کره های تو درتویی  ( Anti-Node Spheres )که بین آنها  سطوح گره (Node Shells ) وجود دارد ، در خواهد آمد .در مکانیک ارتعاش ، نشان داده می شود که  می توان یک جسم در حال ارتعاش را واداشت که همزمان با فرکانس طبیعی ( Natural Frequency ) ، تعداد زیادی از هارمونیک ها را نیز تولید کند ‹ 7 ›.
در آزمایش واتسون (  test Wheatsone’s ) که با یک جام تمیز پر شده از آب انجام می شود ، با چشم غیر مسلح می توان دید که اگر انگشت دست را بر لبه جام کمی حرکت بدهیم ، الگوی ارتعاش بصورت دو خط گره عمود بر هم که بین آنها امواج ساکن پدید آمده است درخواهد آمد ( شکل4-a-b )  خود جام نیز الگویی را نشان می دهد که در آن چهار گره دیده میشود (شکل-4- c )  ‹ 6 ›.
      -  شواهد صحرایی :
        در طبیعت ، نمونه های فراوانی یافت می شود . تقریبا در تمامی مناطقی که ریپل ها می توانند تشکیل بشوند ، چه در محیط آبی و چه در محیط خشکی ، با کمی دقت ، الگوهای  خطی که برروی ریپل ها و در راستاهایی  عمود و یا با کمی زاویه نسبت به  ریپل ها  تشکیل شده اند ، تشخیص داده خواهد شد . این الگو ها ،  ازبه هم پیوستن مجموعه نقاطی که حاصل هر گونه اعوجاج ، بر گشتگی و یا در هم تداخل بین خط الراس های ریپل ها  باشد ، تشکیل شده اند و می توانند  مستقیم باشند و یا اینکه انحنا داشته باشند ( شکل - 5 ) ‹ 5 › .
- بحث :
ذکر این نکته جالب است که  درآزمایش واتسون ( شکل4 – چپ ) ، اگر جام را  با رسوب بسیار نرم طوری پر می کردیم که عمق سطح آب تا سطح رسوب به کمتر از نصف طول موج  امواج ایجاد شده در سطح آب می رسید ، همان الگویی که در روی آب رویت می شود ، درسطح رسوب نیز مشاهده می شد.  
هنگامی که سیالی مانند هوا و یا آب  جا بجا می شود  در  سرعت کم  ، حرکت آن خطی ( Laminar ) و در سرعت  بالاتر بصورت  آشفته ( Turbulence ) خواهد بود ( شکل -6 ). قرارگیری هر نوع مانع بر سر حرکت سیال ، باعث ایجاد جریان های پیچشی در دو طرف آن  خواهد شد ( شکل-7  ) ‹‌ 2 ›  . این وضعیت را می توان با الگوهای به وجود آمده از دمیدن هوا  به لبه یک فلوت مقایسه کرد که در دو طرف زبانه ای که هوا به آن بر خورد می کند جریان های پیچشی بوجود می آید ( شکل -8 ) . در هنگام فوت کردن فلوت،  هوایی که به این زبانه هجوم می آورد ، شکسته شده و با نوسانات منظمی دنبال می شود ‹ 6 › . درطی این نوسان ،  حجم هایی از هوا مرتعش می شود و کراتی که گره ها را تشکیل  می دهند ، شکل فضایی منظمی نداشته و اشکال پیچشی و حتی دودی شکلی را به نمایش می گذارند ( شکل-9  a- ) ‹ 4 ›  . البته شکل – 9 تصویر کاملی از آنچه اتفاق می افتد به دست نمی دهد چرا که کشیدن تصویری هر چندفرضی از یک چنین حرکتی پر تلاطم  ، تکنیک ترسیم  بالایی می طلبد . با این وجود ، با مشاهده  شکل می توان  تصور کرد که  استوانه ها ، در حقیقت ستون های پیچشی در حال حرکت  می باشند  . در این حالت ، خطوطی بنام ( and Convergent Lines Divergent ) بصورت یک در میان کنار هم قرار گرفته و طرح  نهایی  ایجاد شده دراثر تلاطم های ریتمیک فوق الذکر ، شبیه همان طرح یا الگو هایی می باشدکه در ریپل ها دیده می شود ( شکل-9 - b ).
      الگوی ارتعاشی که با کمک تصاویر هولوگرافی بدست آمده  نشان می دهد  این الگوها به شکل ریپل ها بسیار نزدیک  است ( شکل – 10 ) ‹ 6 › .  شواهد تجربی نشان می دهد که الگوهای ارتعاش در حالت های مختلف طبیعی ، به علت تشکیل فرکانس های هارمونیک همزمان با ارتعاش فرکانس اصلی ، می تواند بسیار متنوع باشد ( همان شکل ) ‹ 6 ›  . تصاویر بدست آمده از ریپل ها ، همین تنوع را چه در ریپل های امروزی وچه در ریپل های سنگ شده ، نشان می دهد ( شکلهای 11 تا 14 )  ‹  به ترتیب ، منابع 1و2و3و5 › .
- نتیجه گیری :
- شبا هت هایی بین مباحث مکانیک  ارتعاش و طرح های تشکیل شده بر روی ریپل ها مشا هده می شود . به نظر می رسد  الگوهایی که بر روی خط الراس ریپل ها مشاهده می شود ، همان نقاط و یا خطوط گره ای با شد که در  ارتعاش  اجسام  به آن اشاره می شود .
- الگوهای مشاهده شده در ریپل ها می تواند  بصورت یک سری خطوط ساده تا  درهم پیچیده باشد . به نظر می رسد شدت  پیچیدگی این الگوها ،  بستگی دارد به اینکه کدام دسته از ارتعاشات ( شامل فرکانس اصلی و هارمونیک هایش ) در حال ارتعاش می باشند .

کلید واژه ها: سایر موارد