مجداف واحد في المؤخّرة يعمل كالجناح
تدفع قوارب الكاياك والكانو وقوارب التجديف الماءَ أساسًا عبر السحب (المقاومة): يُجرّ النصل عبر الماء، ثم يُرفع منه للعودة. أما التجديف من المؤخّرة (stern-sculling) فيفعل شيئًا آخر. إذ يستند مجداف طويل وحيد إلى حزّ أو مسند مجداف في لوح المؤخّرة، ونصله تحت الماء دائمًا. ويحرّك المجدّف، الذي يكون عادةً متّجهًا إلى الخلف، المقبض من جانب إلى جانب، واليدان ترسمان علامة اللانهاية «∞»، بينما يلوي المجداف حول محوره ليضبط زاوية النصل. وما زالت هذه التقنية تُمارَس في عدة أنحاء من العالم، لكن من درسها أساسًا هم علماء الأعراق وباحثو الميكانيكا الحيوية. وقد شرع ج. رودو (G. Roudaut) من جمعية Tud Yaouank Ar Mor في لامبول-بلوارزيل، وب. أوجييه (B. Augier) من المعهد الفرنسي لأبحاث استغلال البحار (IFREMER)، وم. رابو (M. Rabaud) من جامعة باريس-ساكليه والمركز الوطني للبحث العلمي الفرنسي (CNRS)، في دراستها بوصفها مسألة في ميكانيكا الموائع.
مجداف مليء بالحسّاسات
يبلغ طول قاربهم التجريبي 4.74 أمتار وعرضه 1.63 متر، ويزن نحو 100 كيلوغرام فارغًا، وله عارضة طويلة ضحلة — فالتجديف من المؤخّرة يعمل على أفضل وجه مع قارب ثقيل نسبيًا ذي عارضة، لأن المجداف يدفع المؤخّرة يسارًا ويمينًا بالتناوب. ويبلغ طول مجداف الكربون 3.62 أمتار، ونصله الخشبي طوله متر واحد، ومقطعه العرضي متناظر من اليسار إلى اليمين ومقوّس تقويسًا خفيفًا جدًا.
قاست المقاييس قوة اليدين على المقبض وقوة الحزّ على المجداف. وتتبّع حسّاسا حركة المجدافَ والبدن، وقاس مقياسُ سرعةٍ ذو عجلة مجاديف، معايَرٌ بنظام GPS، السرعةَ. ولأن المجداف خفيف، تكاد القوى المؤثّرة فيه تتوازن، ولذا أمكن استنتاج دفع الماء على النصل من القوّتين المقيستين. وأخذ كلٌّ من المجدّفَين المتمرّسَين القارب على ماء هادئ من السكون إلى أقصى سرعة استطاع بلوغها.
جناح، ثم دفعة
للضربة أربع مراحل: كسحة إلى جانب، ولَيّة سريعة للمجداف، وكسحة إلى الجانب الآخر، ولَيّة أخرى.
- خلال الكسحات، يلاقي الماء النصل بزوايا صغيرة ويجري فوقه بانسياب. فيعمل النصل كالجناح، وتدفع قوة الرفع القارب. ويعطي حساب شريحةً شريحةً على امتداد النصل، باستخدام برنامج قياسي لمقاطع الأجنحة، دفعًا قدره 35 نيوتن في لحظة معيّنة، مقابل 31 نيوتن مقيسة.
- خلال اللَّيّات، يواجه النصل التيار لبرهة وجيزة. ولن يعطي السحب العادي سوى 2 إلى 10 نيوتن، لكن الفريق قاس 20 إلى 45. والفرق هو الكتلة المضافة: إذ يتسارع النصل بشدّة ويتعيّن عليه أن يحرّك معه حجمًا من الماء. وتقديرهم، نحو 70 نيوتن، يكفي لتفسير القوة المقيسة.
تدفع المراحل الأربع كلها القارب إلى الأمام، حتى وإن هبط الدفع إلى ما يقارب الصفر مرتين في كل دورة. وعند 1.2 متر في الثانية، بلغ متوسط الدفع 19.4 نيوتن. ويتناوب الحرفان الأيسر والأيمن للنصل على دور الحافة الأمامية، وهو ما يصفه المؤلفون بأنه فريد مقارنةً بالدفع في المملكة الحيوانية، حيث تحتفظ الزعانف والأجنحة عمومًا بالحافة الأمامية نفسها. وفي الأثر المائي خلف القارب، تشكّل الدوّامات المنفصلة عند كل انقلاب شارعًا متعرّجًا ينقل الماء إلى الخلف.
65% بسرعة الإبحار
بقسمة القدرة المنقولة إلى القارب على القدرة التي يبذلها المجدّف في المجداف نحصل على الكفاءة. وهي ترتفع عند السرعات المنخفضة، وتبلغ ذروتها عند 65 ± 5% قرابة 1.2 متر في الثانية، ثم تهبط إلى نحو 25% قرابة مترين في الثانية. وللمقارنة، يذكر المؤلفون نحو 75% لمروحة بحرية عند سرعتها التصميمية ولأفضل تجديف كلاسيكي.
ويوضحون أن أمرين يختلّان عند السرعة. فللحفاظ على زاوية جيدة للنصل، سيتعيّن على اليدين التحرّك جانبيًا أسرع مما يريح جسم الإنسان. ويصبح من الصعب سحب المجداف إلى الخلف بالسرعة الكافية خلال اللَّيّات — بل مع خطر إخراجه من حزّه. وفي الأثناء، يقترب البدن نفسه من سرعته الحرجة، حيث يصبح توليد الأمواج هو السحب الرئيسي: فقد تضاعفت القدرة اللازمة عشر مرات عبر المدى المختبَر، ولم يستطع المجدّفان الإسراع أكثر رغم إنتاجهما نحو 300 واط.
متّسع لمجداف أفضل
اختبر الفريق مجدافًا صلبًا عن قصد لتبسيط القياسات. وكثيرًا ما يفضّل المجدّفون الحقيقيون بعض المرونة، ويقترح المؤلفون أن نصلًا مرنًا، أو مجدافًا أطول، أو نصلًا مقوّسًا إلى الأسفل، قد يحافظ على زوايا أفضل عند السرعة. ويخلصون إلى أن تصميم المجداف المثالي لقارب يُجدَّف من مؤخّرته «ينطوي على كثير من المفاضلات، ومنها القدرة التي يولّدها المجدّف».