Бегающие по воде
Чудесное хождение Христа по воде никто не может повторить, ну разве что некоторые представители животного мира. Какие же силы им помогают?
Пожалуй самым известным бегуном по воде является клоп-водомерка. Почти всю жизнь водомерки скользят по поверхности водоемов в поисках добычи, только на зиму они перебираются на сушу и прячутся во мху или под корой старого пня. Но в чем же секрет бегунов? Во-первых, благодаря маленькому весу и размеру. Во-вторых, все тело насекомого покрыто водоотталкивающими жирами, которые не позволяют водомерке намокнуть. И в третьих, клопу помогает держаться на плаву густошерстистый покров, особенно на кончиках лапок, которые имеют непосредственный контакт с водой, — на одном квадратном миллиметре может вырасти до 16 тысяч волосинок. Меховой покров со временем намокает, и если его во время не расправить и не просушить — клоп моментально пойдет на дно.
Отлично себя чувствует на поверхности воды жук-вертячка. Задние лапки жука преобразовались в лопасти для увеличения скорости бега и крутого маневрирования. Особенно в период спаривания вертячки исполняют сложные пируэты и выкрутасы — самцы, набирая скорость, делают резкий поворот под острым углом и медленно, словно пижоны на крутой тачке, проплывают мимо самочек, последние же в ответ выписывают завитки и спирали.
Подобной техникой обладают и пауки-рыболовы. Огромное количество ворсинок на теле насекомого, покрытое жирным водоотталкивающим слоем, и совсем маленький вес позволяют паукам без труда скользить по поверхности воды. Как и водомерки, пауки держаться на поверхности на трех лапках и пара лапок служит «веслами».
Бегать по воде могут и более крупные представители животного мира как ящерицы, птицы и дельфины.
Василиски живут у берегов водоемов, скрываясь в кустах и на деревьях, но в случае опасности он прибегает к своей удивительной способности — бегать по воде. Он держится на поверхности воды благодаря частым и коротким шлепкам. Контакт с водой длится всего 0,068 секунды. При каждом замахе, перепонки между пальцами захватывают небольшое количество воздуха, образуя специальную подушку, из-за которой лапа не намокает. За эту чудесную способность василисков называют «ящерицами Иисуса Христа».
Птицам легче бегать по воде, чем ящерицам, поскольку крылья создают подъемную тягу, к тому же помогает быстрое перебирание широкими лапками. Очень часто водную взлетную полосу выбирают те пташки, которые по земле передвигаются медленно и неуклюже.
Источник
Почему водомерки не тонут в воде
Наш мир настолько многообразен и уникален, что можно не переставать удивляться каким-то вещам. Пересматривая некоторые фильмы, мы часто можем наблюдать, что по поверхности воды передвигаются не только плавательные средства, но и сами люди.
Конечно, любой человек с уверенностью скажет, что живые существа по воде ходить не могут, но если вспомнить о разнообразии насекомых, на ум придут практически незаметные, но часто встречающиеся в стоячих или медленно текущих водах, водомерки.
Водомерка передвигается по поверхности воды скользящими движениями, широко расставив ноги, а при наличии на ее пути препятствия, с легкостью его перепрыгивает. На вопрос почему водомерки не тонут в воде можно дать несколько ответов:
- во-первых, сама вода держит этого маленького клопа на своей поверхности, потому что покрыта пленкой. Наличие пленки объясняется физическими свойствами воды: сила, действующая под ее поверхностью гораздо больше чем сила сверху, что вызывает так называемую силу поверхностного натяжения.
- во-вторых, железы водомерок вырабатывают специальное жировое вещество которым смазываются их лапки. Такая смазка отталкивает воду и не дает утонуть маленькому насекомому.
- в-третьих, необходимо учитывать размеры клопа. Столь маленькое насекомое, передвигаясь по воде, широко расставляет лапки, равномерно распределяя по поверхности свой вес. Сила тяжести в данном случае оказывает гораздо меньшее влияние и водомерка не тонет в воде.
- в-четвертых, ноги водомерки в месте соединения с туловищем намного больше, что говорит о наличии крепких мышц, позволяющих с огромной скоростью передвигаться по поверхности воды.
Таким образом, есть в нашем мире живые существа, способные передвигаться по воде. И кто знает, может в скором будущем, и человек сможет, подобно маленькой водомерке, скользить по водной поверхности.
Источник
Физика в мире животных: как водомерки бегают по воде
Среди читателей Хабра, вероятно, нет людей, которые никогда не видели водомерок. Это очень распространенное семейство насекомых, которое включает около 1700 видов. Большинство — пресноводные, но есть и виды, которые живут на побережье морей и океанов.
Всю свою жизнь водомерки проводят на поверхности воды. Они передвигаются по ней так же просто, как обычные насекомые — по суше. Водомерки, по крайней мере, большинство видов — хищники. Они питаются мелкими организмами, но не боятся нападать и на более крупную добычу. Иногда ничего не подозревающий малек подплывает к поверхности водоема, и тут же в него всаживается «гарпун» — хоботок водомерки, которая впрыскивает в тело жертвы желудочный сок и начинает всасывать питательные вещества. В общем, неплохой сюжет для нескучного фильма. Но самое интересное в водомерке — ее способность бегать по воде. Каким образом это насекомое получило свою сверхспособность?
Физика и химия — друзья водомерок
В большинстве случаев водомерки держатся на воде благодаря, во-первых, наличию слоя водоотталкивающих жиров на тельце и конечностях, во-вторых, благодаря специальным волоскам на кончиках лапок.
Так, на задних лапках насекомых этих волосков очень много, их количество превышает 16 000 на мм 2 . На них водомерки опираются, они же служат рулевым механизмом. На средних и передних конечностях волосков тоже много, но не настолько. Волоски водомеркам приходится довольно часто приводить в порядок, поскольку если этого не делать, вода смочит тело водомерки и та утонет.
Предназначение волосков — создать воздушную подушку, на которой и покоится водомерка. Если присмотреться в солнечный день, то можно видеть, как сверкает вода вокруг лапок водомерки — это как раз воздушный «кокон» или, если угодно, воздушная подушка. На дне неглубокого водоема видна тень водомерки — и всегда вокруг лапок тень утолщена, хотя сами лапки вполне обычные — это тень от создаваемой волосками конечностей воздушной подушки.
Кстати, китайские ученые обнаружили интересный факт — время от времени тень от ножки перестает быть четкой, и тогда водомерка прижимает ее к передней части тела, где находятся железы, выделяющие несмачиваемое вещество. После этой процедуры тень от конечности снова становится четкой.
Волоски у водомерок тоже необычные, вдоль каждого из них проходит желобок, что предотвращает проникновение воды — она не может просочиться в столь малый объем. Угол соприкосновения воды с поверхностью конечностей водомерки составляет около 168 градусов, что предотвращает смачивание лапок.
Некоторые виды водомерок передвигаются и при помощи «химического двигателя». В задней части тела насекомых есть специализированная железа, которая выделяет жироподобное вещество. Оно изменяет силу поверхностного натяжения, снижая ее. В результате водомерка движется вперед уже благодаря действию уже законов физики. Водомерка скользит в создаваемой ею водной «лунке». Когда нужно выйти на берег, то выделение гидрофобного вещества снижается, и водомерка выбирается при помощи капиллярных сил.
Режим передвижения водомерок
Насекомые эти получили свое русское название из-за того, что передвигаясь, они как бы «меряют» пройденное по воде расстояние. Но, как оказалось, это лишь один режим передвижения водомерки — так она поступает, когда не испугана и не преследует жертву, а просто передвигается по поверхности воды.
Большинство видов попеременно опираются на три конечности, перемещая остальные три вперед, и повторяя этот цикл.
В моменты опасности или преследования добычи водомерка как бы втыкает в поверхность воды кончики средних лап, на которых не так много волосков, рулит задними, а передними — загребает воду. Единственное — передние лапки все же не погружаются в воду, а отталкиваются от поверхности воды.
Ну и последнее — водомерки умеют прыгать на воде. Не очень далеко, но это все же прыжки. Прыгают они в случае опасности — за этим можно наблюдать, если попробовать накрыть водомерку ладонью на воде. Спасаясь, она будет не только «грести», но и прыгать, причем довольно активно.
К слову, если изменить поверхностное натяжение воды — например, при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ), то водомерки потонут. Именно поэтому их нет в местах сброса в воду отходов производства — последние изменяют свойства воды и водомерки (да и не только они) не могут жить в подобных местах.
Водомерки приносят пользу науке
Группа китайских ученых разработала сверхточный метод измерения силы Архимеда. Идея пришла в голову сначала одному китайскому физику по имени Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине
Ученый в солнечный день отправился к берегу пруда в одном из парков столицы Китая. Там он смотрел на воду и заметил водомерок, которые отбрасывали тень. Как и говорилось выше, тень от их лапок была отличной от конфигурации кончиков конечностей.
Ученый понял, что это вызвано искривлением воды под действием веса водомерки, сколь бы небольшим он ни был. И тогда он понял, что при помощи теней, отбрасываемых объектами на поверхности воды, можно измерять силу Архимеда, причем эти измерения сверхточные. Граница чувствительности метода — 1 пиконьютон.
«Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой „лунки“ и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру», — заявил ученый.
Еще и роботы
Результаты наблюдения китайского ученого помогли его команде разработать концепцию робота-водомерки. На данный момент таких устройств создано несколько, причем одно из них умеет даже прыгать по поверхности воды, как настоящая водомерка.
Первыми создателями робота-водомерки была команда School of Chemical Engineering and Technology. Разработчики использовали как результаты наблюдений коллег, так и собственные исследования.
Затем был создан еще один робот, вес которого составлял много больше, чем у водомерки — 11 граммов вместо долей грамма. Он способен передвигаться по воде и делает это довольно быстро — вплоть до 5 км/ч, что сравнимо со скоростью ходьбы взрослого человека.
Ну и еще один показательный пример — робот-водомерка, созданный объединенной командой исследователей из Южной Кореи и США. Этот робот очень сильно напоминает водомерку, размер его составляет около 7 см вместе с «лапками».
Он не только передвигается по поверхности воды, но еще и прыгает, причем довольно высоко.
Область применения роботов-водомерок — поисково-спасательные операции, изучение физико-химических свойств воды, мониторинг загрязнений и т.п.
Источник
Этот странный жук умеет ходить по воде. И делает это под водой!
Будучи довольно маленькими созданиями, насекомые довольно необычно обращаются с границами воды и воздуха. Так, поверхностное натяжение позволяет водомеркам и некоторым другим членистоногим передвигаться по поверхности стоячей воды. Однако теперь ученые обнаружили еще более удивительный способ балансировать на грани вода-воздух – но с нового ракурса.
Живущий в водоемах жук может ходить вверх ногами по поверхности воды – с «подводной» ее стороны! Причем делает он это так ловко, как если бы вода с той стороны была обычным стеклом, сообщают исследователи в журнале Ethology. Это первое подробное описание движения жука таким необычным способом.
Автором открытия стал Джон Гулд, поведенческий биолог из Университета Ньюкасла в Каллагане, Австралия, который проводил исследования в горах Ватаган на юго-востоке Австралии. Этот горный хребет расположен между рекой Хантер и озерами Туггера, на его склонах есть множество небольших водоемов, в одном из которых Гулд и обнаружил странного жука.
Гулд достал камеру и заснял жука, который ходил по ту сторону водной глади, периодически отдыхая и меняя направление движения.
Ученый рассказал об этой находке своему коллеге Хосе Вальдесу, экологу из Немецкого центра комплексных исследований биоразнообразия в Лейпциге, и серьезно его озадачил.
«Я не совсем понимал, что Джон описывает, пока он не показал мне видео. Тогда я был сбит с толку», – рассказывает Вальдес.
Изучив научную литературу, исследователи обнаружили, что некоторые улитки могут скользить по нижней стороне поверхности воды на слое слизи, но документальных свидетельств о том, что жуки ходят таким образом, было очень мало – лишь мимолетные упоминания в документах, изданных десятилетия назад.
Гулд и Вальдес определили насекомое как мухоеда, относящегося к водобродкам (семейство Hydraenidae), но другой специалист – Мартин Фикачек, энтомолог из Национального университета Сунь Ятсена в Тайване, считает, что на самом деле это жук-падальщик из семейства водолюбов (Hydrophilidae).
До сих пор не до конца ясен механизм, благодаря которому жук может так ловко гулять по воде с изнанки водоема, но у исследователей есть одна теория. На записи, сделанной Гулдом, можно разглядеть пузырь воздуха, образовавшийся на брюшке жука. Ученые считают, что плавучесть пузыря может пригвоздить жука к нижней стороне поверхности воды. Это позволяет насекомому оказывать давление на границу между водой и воздухом при каждом шаге и создавать то, что похоже на крошечные водные холмы, вырастающие из-под лапок жука.
Гулд и Вальдес полагают, что жук мог бы использовать эту сверхспособность к ходьбе по воде, чтобы держаться подальше от хищников, которые прячутся на дне водоемов. Однако эту теорию необходимо проверить с помощью дополнительных исследований.
«Заметно, как часто мы игнорируем или пропускаем удивительные вещи, которые самые маленькие животные делают каждый день. Описание особенностей маленьких существ так же важно, как и описание особенностей любого крупного млекопитающего или птицы», – заключает Гулд.
Почитайте о другом интересном жуке – дьявольском жуке-броненосце со сверхпрочным панцирем.
Три космостанции отходов и другие причины выбрать товары с экомаркировкой
Гекконы с легкостью бегают по воде – как?
Восхождение на Килиманджаро: самое интересное приключение в Африке
Источник
