اگر دیلوفوسور در دو ۱۰۰ متر با یوسین بولت مسابقه دهد، چه کسی برنده خواهد شد؟

دایناسورهای دوره‌ی ژوراسیک اولیه که با عنوان دیلوفوسور شناخته می‌شوند، در فیلم محبوب پارک ژوراسیک محصول ۱۹۹۳ ثابت کردند که می‌توانند از بازیگران اصلی بیشتر توجه جلب کنند. در صحنه‌ای از این فیلم، یک دیلوفوسور بر سر راه مرد بالغی قرار گرفت که فکر می‌کرد آن‌ها صرفاً موجوداتی بامزه و بی‌آزار هستند: درحالی‌که دایناسور اندکی بعد با پرتاب زهر به چشمان مرد، او را زمین‌گیر کرد و در نهایت کشت.

اما اگر دیلوفوسور در مسابقه‌ی دو ۱۰۰ متر مقابل یوسین بولت، دارنده‌ی هشت مدال طلای المپیک قرار بگیرد، چگونه عمل خواهد کرد؟ برخلاف تصور احتمالی، در این مسابقه رقابت چندان نزدیکی شکل نخواهد گرفت و بولت به‌راحتی این جانور ۴۰۰ کیلوگرمی را با دو ثانیه اختلاف شکست خواهد داد.

به گزارش آرس‌تکنیکا، پیروزی قطعی بولت بر دیلوفوسور، نتیجه‌ای است که اسکات لی، فیزیکدان دانشگاه تولیدو براساس تمرین فیزیکی که برای دانشجویان کارشناسی خود در فیزیک مقدماتی طراحی کرده، به‌دست آورده است. لی از زمان کودکی عاشق دایناسورها بود؛ وقتی به همراه خانواده‌اش به جست‌وجوی فسیل‌ها می‌پرداخت و این علاقه‌اش را به کلاس‌های درسش نیز برده است. او می‌گوید «یکی از مسائل مهم در آموزش فیزیک، ایجاد اشتیاق در دانشجویان برای مطالب درسی است. این مسائل دایناسوری واقعاً علاقه‌ی زیادی را در بین دانشجویان ایجاد می‌کنند.» لی سبک آموزش خود را در مقاله‌ای جدید که در نشریه‌ی فیزیکس تیچر منتشر شده، توصیف کرده است.

یوسین بولت در المپیک تابستانی ۲۰۰۸ پکن، دستاورد بزرگش را رقم زد؛ وقتی رکورد جهانی خودش در فینال دو ۱۰۰ متر را شکست و با عبور از خط پایان در زمان ۹٫۶۹ ثانیه، مدال طلا را بر گردن آویخت. او چنان از سایر دوندگان جلوتر بود (برنده‌ی مدال نقره زمان ۹٫۸۹ ثانیه را ثبت کرد) که در نزدیکی خط پایان برای تبریک به خود به وضوح سرعتش را کاهش داد. براساس برآورد مربی بولت، اگر او با سرعت کامل می‌دوید، می‌توانست در زمان ۹٫۵۲ ثانیه مسابقه را به پایان ببرد. این نتیجه‌گیری در تجزیه‌وتحلیل فیزیکدانان دانشگاه اسلو که در محاسباتشان زمان تقریبی ۹٫۵۵ ثانیه را پیش‌بینی کرده بودند، تأیید شد.

یوسین بولت پس از پیروزی و شکستن رکورد جهانی ۱۰۰ متر در المپیک تابستانی ۲۰۰۸ پکن.

بولت در مسابقات قهرمانی جهان ۲۰۰۹، با ثبت زمان ۹٫۵۸ ثانیه دوباره رکورد خودش را شکست که بزرگ‌ترین پیشرفت از زمان اجرای زمان‌بندی الکترونیکی محسوب می‌شد. براساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۳ به‌دست فیزیکدانان دانشگاه مستقل ملی مکزیک، شتاب بولت از نقطه‌ی شروع ۹٫۵ متر بر مجذور ثانیه بود و او در کمتر از یک ثانیه بعد، ۲٫۶ کیلووات (۳٫۵ اسب بخار) توان تولید می‌کرد.

بولت با قد ۱۹۵ سانتی‌متر بلندتر از متوسط دوندگان است؛ بدین معنا که هنگام دویدن قدم‌های کمتری نسبت به حریفان خود برمی‌دارد. بااین‌حال او مقاومت بیشتر هوا را نیز تجربه می‌کند. نویسندگان مقاله دریافتند که کمتر از ۸ درصد از انرژی بولت برای دویدن صرف می‌شود؛ درحالی‌که ۹۲ درصد برای غلبه بر درگ آیرودینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن‌ها همچنین اشاره کردند که بولت درطول مسابقه‌ی سال ۲۰۰۹ از مزیت باد موافق خفیف بهره برد. بدون این باد، عبور بولت از خط پایان ۹٫۶۸ ثانیه طول می‌کشید که هرچند همچنان کمتر از رکورد او در المپیک ۲۰۰۸ است، چندان رکوردشکنانه محسوب نمی‌شود. بولت با وجود باد موافق قوی‌تر می‌توانست مسابقه را در زمان شگفت‌انگیز ۹٫۴۶ ثانیه به پایان ببرد.

دانشمندان به همان اندازه مجذوب این پرسش شده‌اند که حداکثر سرعت دویدن دایناسورهای مختلف به‌ویژه تیرانوسوروس رکس چقدر است. به‌عنوان مثال در سال ۲۰۰۲ پژوهشگران مدلی ریاضی برای اندازه‌گیری توده‌ی عضلانی مورد نیاز در پا برای دویدن سریع‌تر از ۴۰ کیلومتر بر ساعت ساختند. اغلب این مطالعات در زمینه‌ی روش‌شناسی بسیار متفاوت بوده‌اند و طیف گسترده‌ای از حداکثر سرعت‌های ممکن را از ۲۴-۱۶ کیلومتر بر ساعت تا تقریباً ۷۲ کیلومتر بر ساعت برای تی‌رکس به‌دست آورده‌اند. براساس این نتایج، متوسط سرعت ۳۲ کیلومتر بر ساعت می‌شود.

نمونه‌ی هولوتیپ تیرانوسوروس رکس در موزه‌ی تاریخ طبیعی کارنگی در پیتسبرگ.

یک مطالعه در سال ۲۰۱۷ با تعیین حداکثر سرعت ۲۷ کیلومتر بر ساعت برای تی‌رکس، نتیجه گرفت که این حیوان مدت‌ها پیش از رسیدن به حداکثر سرعت، انرژی خود را به اتمام می‌رساند. مطالعه‌ای دیگر در همان سال نتیجه گرفت که تی‌رکس احتمالاً اصلاً نمی‌توانست زیاد بدود؛ زیرا هر سرعتی بالاتر از ۱۸ کیلومتر بر ساعت موجب شکستگی استخوان‌های پایش می‌شد. این تجزیه‌وتحلیل همچنین توانایی دویدن دیگر تروپودهای غول‌پیکر نظیر جیگانوتوسور و ماپوسور را رد کرد (هیچ ردراهه‌ فسیلی‌ای نیز وجود ندارد که شواهدی از دویدن تروپودهای بزرگ را نشان دهد).

بااین‌حال به‌نقل از مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹، تی‌رکس با در نظر گرفتن اندازه‌اش احتمالاً به طرز شگفت‌انگیزی چابک بود. این دایناسور به‌لطف اینرسی دورانی پایین و عضلات بزرگ پا احتمالاً توانایی چرخیدن سریع را داشت و شاید حتی می‌توانست با یک پای چسبیده به زمین چرخش روی پاشنه انجام دهد.

براساس تجزیه‌وتحلیلی در سال ۲۰۲۰ درباره‌ی نسبت‌های پا، توده‌ی بدنی و راه‌رفتن ۷۰ گونه‌ی تروپود، تی‌رکس راه‌رونده‌ی بسیار کارآمدی نیز بود. مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۱ سرعت راه‌رفتن این حیوان را ۴٫۶ کیلومتر بر ساعت برآورد کرد. نویسندگان همچنین اشاره کردند که مصرف انرژی تی‌رکس با چرخش جزئی دم در هر گام کاهش می‌یافت؛ زیرا رباط‌های دم با کشیده‌ شدن انرژی ذخیره می‌کردند.

رندر سه‌بعدی از دیلوفوسور، یک دایناسور تروپود از دوره‌ی ژوراسیک اولیه.

بااین‌حال دویدن برای تی‌رکس نیرومند مشکل‌ساز بود. حداکثر سرعت دویدن این جانور (۱۸ کیلومتر بر ساعت) کمتر از نصف سرعتی است (۴۳ کیلومتر بر ساعت) که بولت در سریع‌ترین مسابقه‌اش به آن دست یافت. به‌همین‌‌دلیل‌، لی برای دو سرعت تخیلی‌اش دیلوفوسور را انتخاب کرد. به‌گفته‌ی لی، حداکثر سرعت دویدن دایناسورهای دیگر با سرعت متوسط بولت به‌طرز چشمگیری متفاوت بود و از این‌ رو، انتخاب آن‌ها به‌عنوان رقیب مسابقه‌ای هیجان‌انگیز به‌وجود نمی‌آورد.

نسخه‌ی پارک ژوراسیک دیلوفوسور در طراحی خود برخی تفاوت‌های اساسی با دیلوفوسور اصلی داشت. مایکل کرایتون، نویسنده‌ی رمان اصلی برای توضیح اینکه چرا دایناسور با وجود آرواره‌های ضعیفش می‌تواند طعمه را بکشد، به آن توانایی پرتاب زهر را داده بود. در فیلم، دیلوفوسور فقط ۱٫۲ متر قد دارد؛ درحالی‌که قد این دایناسور در واقعیت به تقریباً ۳ متر می‌رسید. ظاهراً سازندگان برای جلوگیری از اشتباه‌ گرفتن دیلوفوسور با ولاسیرپترهای هم‌قامت در فیلم، قد این دایناسور را کوتاه کردند.

واحد مسئول طراحی‌های هنری فیلم، ایده‌ی مارمولک پرده‌گردنی را ارائه داد و به نسخه‌ی خود از دیلوفوسور، پرده‌ای گردنی بخشید که هر زمان حیوان حمله می‌کرد، گشوده می‌شد و می‌لرزید. این گردن زائده‌دار در فیلم عالی به‌نظر می‌آمد، اما حیوان واقعی فاقد این پرده‌ها بود. بااین‌حال دیلوفوسور دو تاج در بالای جمجمه‌اش داشت و از همین‌ رو معنای نامش «مارمولک دو کاکلی» است. دیرینه‌شناسان باور دارند که دیلوفوسور تقریباً ۷ متر طول و احتمالاً نزدیک به ۴۰۰ کیلوگرم وزن داشت.

شتاب یوسین بولت (چپ) و دیلوفوسور (راست) در طول مسابقه‌ی دو ۱۰۰ متر. (اندازه‌گیری برحسب مثر بر مجذور ثانیه.)

لی توانست از بسیاری از مطالعات پیشین ذکرشده برای ساخت تمرین‌های کلاسی خود استفاده کند. دانشجویان برای انجام محاسباتشان از صفحات اکسل استفاده کردند؛ زیرا اغلبشان هنوز حساب دیفرانسیل و انتگرال نیاموخته‌اند. کلاس به این نتیجه رسید که بولت با حدود دو ثانیه اختلاف به آسانی دیلوفوسور را شکست خواهد داد. لی می‌نویسد: «این حقیقت که میانگین سرعت یوسین بولت در مسابقه‌ی دو ۱۰۰ متر با حداکثر سرعت دیلوفوسور برابری می‌کند، بدین معنا است که یوسین بولت پیروز رقابت خواهد بود.»

طبق قانون دوم نیوتن، عامل مهم شتاب است. محاسبات لی (و دانشجویانش)، شتاب اولیه‌ی ۴٫۱۹ متر بر مجدوز ثانیه را برای دیلوفوسور نشان داد که بسیار کمتر از شتاب اولیه‌ی بولت است. ازآنجا که شتاب براساس جرم و نیرو تعیین می‌شود، کوچک‌تر بودن از دایناسور مزیت ابتدایی کافی را به بولت می‌دهد تا نرسیدن دیلوفوسور به او قطعی شود. بیشتر شتاب بولت در چهار ثانیه‌ی اول مسابقه و زمانی رخ می‌دهد که او به حداکثر سرعت خود نزدیک می‌شود. لی این شتاب‌گیری را از نظر بیومکانیکی به نحوه‌ی استفاده‌ی شیر از شتاب برای گرفتن سریع‌تر طعمه شبیه می‌داند.