Почему насекомые скользят по воде

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

Водомерка — насекомое, которое «скользит» по воде

Водомерка входит в состав семейства водомерок, которое относится к отряду клопов (Hemiptera) и приспособлена к скольжению по поверхности стоячих вод.

Внешние признаки водомерки

Водомерки – насекомые, название которых очень точно соответствует их образу жизни. Существует около 700 видов водомерок и все они обитают в воде, с необыкновенной легкостью скользя по поверхности водной глади. Своей удлиненной формой они напоминают маленькие лодочки.

Водомерки (лат. Gerridae) .

Защитная окраска водомерок бурая, темно-коричневая, иногда почти черная. Такое приспособление позволяет водомерке оставаться незаметной для птиц на фоне темного цвета поверхности стоячих водоемов.

Обычно у водомерок, обитающих в больших водоемах, крылья отсутствуют, они им просто не нужны.

А обитателям небольших луж крылышки крайне необходимы, чтобы перелетать с места на место по мере высыхания водоемов. У этих водомерок под надкрыльями скрываются довольно хорошо развитые перепончатые крылья, но летают насекомые редко.

Передвижение водомерок по воде

Водомерки – настоящие виртуозы скольжения по водной глади. Они способны с помощью своих длинных ног бегать по воде, как конькобежцы по гладкому льду.

Встретив препятствие – полосу ряски или других водных растений, «конькобежцы» совершают ловкие прыжки и преодолевают преграду сильными скачками. Главное участие в подобных маневрах принадлежит двум задним парам ног. Лапки водомерки покрыты жировым веществом и не смачиваются водой, поэтому насекомое легко скользит по поверхности воды. Кроме того, во время движения перед очередным гребком конечностей в воде возникают крошечные завихрения. Эти мини-водовороты помогают водомерке перемещаться по поверхности без всяких усилий и в тихом пруду и в беспокойном океане.

Учёные доказали, что водомерки любого размера используют свои конечности как вёсла, — гребут и передают импульс воде главным образом через дипольные завихрения, создаваемые их лапками. Для проверки этого предположения исследователи создали искусственное насекомое, способное двигаться, как водомерка.
По-английски водомерка — «уотер страйдер» или «шагающая по воде». Робота назвали «робострайдер», и искусственная водомерка смогла передвигаться по воде, как ее естественный аналог.

При движении водомерка широко расставляет ноги, равномерно распределяя вес тела на значительной площади.

Узкое длинное тело водомерки при резких и быстрых движениях великолепно рассекает воздух.

Особенности строения ног также связаны с передвижениями насекомых по воде: тонкие ноги водомерки в местах соединения с туловищем чрезвычайно утолщены, там находятся сильные мышцы, которые участвуют в сильных движениях.

Водомерка не может утонуть, даже если ее специально опустить в воду.

Брюшная сторона тела покрыта белыми волосками с воскообразным веществом, поэтому вода не смачивает тело и ноги водомерки.

Дело в том, что между мельчайшими волосками удерживаются пузырьки воздуха. А так как вес насекомого небольшой, то этот воздух не дает водомерке утонуть.

Питание водомерок

Водомерки являются хищниками. Они питаются насекомыми и мелкими животными, которых находят на поверхности воды. Обнаружив добычу с помощью больших шарообразных глаз, хищник бросается на нее и хватает передними ногами, форма которых похожа на крючок. Затем водомерка пускает в ход свой острый хоботок, вонзая его в тело жертвы и высасывая содержимое. В спокойном состоянии водомерка подгибает хоботок под грудь. У водомерки довольно длинные усики, которые являются органами обоняния и осязания.

Водомерка — хищное насекомое.

Размножени водомерок

Водомерки откладывают свои яйца на листьях водных растений в один ряд, причем яйца склеены слизистым веществом. Кладка похожа на длинный желеобразный шнур, состоящий из около 50 яиц. Некоторые кладки совершаются без слизистого вещества и образуют цепочку яичек, просто лежащую вдоль края листа водного растения, в этом случае яички расположены параллельно друг другу в один ряд. Более мелкие виды водомерок просто втыкают свои яйца в растительную ткань.

Насекомые откладывают яйца в течение всего лета. В водоеме вместе с взрослыми водомерками попадаются и личинки на разных стадиях развития, сильно похожие на взрослых. Они отличаются небольшими размерами тела и более вздутым коротким брюшком.

Паразиты водомерок

В водоеме попадаются водомерки, у которых на теле имеются заметные красные точки, это паразитические личинки водных клещей (Limnochares), питающиеся их кровью водных насекомых.

Существуют крылатые и бескрылые виды водомерок.

Особенности жизни водомерок

Водомерки великолепно бегают по воде, но они абсолютно не приспособлены для длительного передвижения по суше. Поэтому водомерки на сушу выбираются только тогда, когда приходит время устраиваться на зимовку. Они неуклюже ковыляют по земле в поисках укромного места. Зимуют насекомые недалеко от воды, под корой, во мху или в расщелинах дерева.

Передние ноги у водомерок короче остальных ног и необходимы для хватания пищи, отталкивания при передвижении, а ещё – для драки.

Водомерки не упускают возможности удержать свою добычу. Не поделив кусочек, несколько драчунов с разбега цепляются передними конечностями, и, не удержавшись, падают и катаются на поверхности воды. Добыча достается самой хитрой и ловкой водомерке, которая уносит пищу в укромное местечко и пожирает, пока другие разбираются между собой. С помощью передних ног насекомое регулирует скорость передвижения, а остальные четыре ноги являются опорой и служат рулем.

Могут сосать кровь человека.

Виды водомерок

В водоемах встречается множество видов водомерок, известны виды: водомерка большая, водомерка панцирная, велия, водомерка-палочка, водомерка малая и еще более семи сотен видов.

• Водомерка большая. Тело насекомого в длину достигает 17 мм. Она окрашена в рыжеватый цвет тела, имеет крылья.
• Прудовая водомерка длиной всего лишь 1 см. Окрашена в темно-бурый цвет, ноги светлые, а на бедрах передних конечностях расположены черные полосы. У самцов брюшко черное, у самок – красное.
• Морская водомерка меньше пресноводной родственницы, всего лишь около 5 мм. Она бегает со скоростью 3,5 км/ч. Нападает на медуз, физалий, поедает икру рыб. Обитает в Тихом и Индийском океанах. Насекомые придерживаются открытой воды, их можно встретить за многие километры от поверхности суши. Крыльев у них нет.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник