Попробуйте пройти по воде

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

Петр идет по воде

Ученикам Иисуса часто приходилось выбирать между верой и сомнением. В Матфея 14:22-36, мы читаем о чуде с Петром, когда он пошел по воде, пока не усомнился.

• Мы никогда не должны сомневаться в Боге.
• Иисус с нами в жизненных бурях.
• Когда мы взываем к Нему, Иисус спасает нас.

Руководство к уроку — Петр идет по воде

Напомните ребенку, что чудо – это необыкновенное событие. Некоторые вещи, которые люди называют чудесами, имеют малую вероятность совершиться, но Иисус совершил действия, которые не могли произойти.

Если это безопасно, предложите ребенку пройти босиком по разным поверхностям. Когда ребенок идет по разной поверхности, спросите его о том, что он чувствует. Плитки холодные и твердые. Ковер теплый и мягкий. Цемент твердый. Грязь липкая. Трава, песок, дерево и т.д. Организуйте небольшой детский бассейн или налейте воды в небольшую миску и предложите ребенку пройти по воде. Сосредоточьтесь на том, что они ходят в воде, а не по воде. Объясните, что ходить по воде невозможно. Петр был в состоянии ходить по воде, потому что Иисус позволил ему сделать это.

Спросите ребенка, что означает сомнение. Объясните, что сомнение заключается в том, чтобы что-то ставить под вопросом или не верить. Можно сомневаться в некоторых вещах, которые говорят люди, но мы никогда не должны сомневаться в Боге. Пока Петр доверял Иисусу, он мог ходить по воде. Что случилось, когда он сомневался? Он начал тонуть.

Заполните два чистых стакана водой. Перемешайте три столовые ложки соли в одном из стаканов. Наклейте этикетки, на станкан с подсоленной водой — «ВЕРА», а с простой водой — «сомнения». Затем нарисуйте лицо на свежем яйце, чтобы использовать его для этого эксперимента. Аккуратно опустите яйцо в стакан с водой «сомнения» и смотрите на его реакцию. Затем, положите яйцо в стакан с водой «вера». Яйцо будет плавать. Просмотрите историю, показывающую, как Петр плавал (стакан вера), а затем затонул (стакан сомнение). Подумайте о случаях, когда мы сталкиваемся с верой или сомнениями. Позвольте ребенку поместить яйцо в стакан «вера» или «сомнение» в соответствии с тем, как они будут действовать.

Поговорите о страхе. Страх часто является другом сомнения. Петр испугался, усомнился и начал тонуть, потому что потерял фокус на Иисусе. Нарисуйте несколько изображений, представляющих страхи на карточках, например, змей, паук, темнота и т.д. Попросите ребенка закрыть глаза и расположите карточки в форме сердца. Когда он откроет их снова, спросите , что он видит. Если ребенок указывает на свои страхи, помогите ему увидеть сердце. Обратите внимание, что если люди сосредотачиваются на неправильной вещи, они упускают более широкую картину, которая является сердцем, показывающим, как сильно вы любите их.

Что сделал Петр, когда тонул? Он крикнул и попросил Иисуса спасти его. Напомните своим детям, что мы тоже должны быть спасены. Возможно, нас не нужно вытаскивать из воды, но нам нужен Иисус, чтобы спасти нас от наших грехов. Все, что нам нужно сделать, это покаяться и воззвать к Нему, как сделал Петр.

Иисус всегда слышит нас, когда мы молимся.

Слава Богу, что для Бога нет ничего невозможного. Попросите Его помочь вам верить в Него и никогда не сомневаться.

Библейская история — Петр идет по воде

• 
• 

Игры и мероприятия

Сделать «Шторм в бутылке»

Заполните небольшую пластиковую бутылку водой, пока она не достигнет около 3 /4 полной. Добавьте несколько капель жидкости для мытья посуды и несколько щепотк блеска. (Вы также можете добавить несколько капель пищевого красителя).

Плотно закройте крышку и переверните бутылку вверх дном и держите ее за горлышко.

Быстро вращайте бутылку круговыми движениями. Когда вы останавливаетесь, то смотрите внутрь, чтобы увидеть мини-торнадо которое формируется в воде.

(Возможно, вам придется попробовать этот эксперимент несколько раз, прежде чем вы получите желаемый результат.)

Игра в лужах

Лужи имеют магнитное воздействие на детей. У вас не будет проблем с поощрением их к участию в этой деятельности.

Позвольте ребенку играть и получать удовольствие. Спросите их, какой прыжок делает самый большой всплеск? Предложите им выплескать всю воду из лужи? Спросите их, что произойдет, если они перемешают лужу ногой или рукой. Обратите внимание на то, что вода всегда двигалась к ним.

Игра на доверие

Попросите ребенка прыгнуть вам на руки. Надеюсь, они будут делать это с удовольствием. Затем попросите ребенка повернуться к вам спиной и упасть назад и позволить вам поймать его.

Спросите когда легче доверять, когда ребенок видит человека или когда не видит?

Напомните ребенку, что он всегда может доверять Богу. Он всегда заботиться о них.

Рабочие листы

• 
• 
• 
• 

Рабочие листы — Петр идет по воде

• 
• 
• 
• 

ПОделка — Петр идет по воде

Необходимо:

• Страница шаблона,
• Цветные карандаши,
• Ножницы.

Что делать:

1. Разрисуйте страницу шаблона,
2. Разрежьте по пунктирным линиям.
3. Сложите волны. Вставьте Петра через отверстие.

Источник

Всероссийский конкурс ЧИП 2021. МИР ВОДЫ 3-4 класс (задания и ответы)

Конкурс ЧИП Человек и Природа проходит в школах с 21 октября. Ниже представлены официальные задания и ответы на 3-4 класс. Каждый участник будет выполнять работу в своей школе.

• Приобрести полные задания и ответы ЧИП Купить

Некоторые официальные задания 3-4 класса конкурса ЧИП

1. На каком изображении глобуса выделен Северный Ледовитый океан?
Ответ: Д

2. Какой материк омывается четырьмя океанами?
A) Австралия; Б) Антарктида;
В) Евразия; Г) Северная Америка;
Д) Южная Америка.
Ответ: В

3. Этот океан полностью располагается в Южном полушарии.
A) Южный;
Б) Тихий;
В) Атлантический;
Г) Северный Ледовитый;
Д) Индийский.
Ответ: А

4. На фотографиях — разные события в круговороте воды в природе. На какой фотографии изображено испарение?
Ответ: Д

5. Загадка: «Кругом вода, ас питьём беда». Что это?
А река;
б) море;
В) пруд;
С) водохранилище;
Д) ручей.
Ответ: Б

6. На картинке – один из духов природы в славянской мифологии и герой многих мультфильмов.
А) домовой;
б) водяной;
В) леший;
Г) кикимора;
Д) русалка.
Ответ: Б

7. Самое глубокое озеро Евразии.
A Байкал; Б) Иссык-Куль; В) Ран; Г) Кукунор; Д) Таймыр.
Ответ: А

8. Какая пословица о воде характеризует трудолюбивого и настойчивого человека?
A) Молчит, словно воды в рот набрал.
Б) Он из воды сухой выйдет.
В) Всякая вода берега имеет.
г) под лежачий камень вода не течёт.
Д) Вода и землю точит и камень долбит.
Ответ: Д

9. В любом месте атмосферы всегда есть водяной пар, но его концентрация разная. В каком из этих мест водяного пара в атмосфере больше?
Ответ: Б

10. На фотографии изображён памятник человеку, профессия которого была широко распространена в 19 веке, — петербургскому …
А) пожарному;
Б) водовозу;
А) молочнику;
Г) развозчику кваса;
Д) ассенизатору.
Ответ: Б

11. Большая часть пресной воды на Земле находится в …
Ответ: Д

12. Кто из этих зверей семейства куньих тесно связан с водной средой?
Ответ: Б

13. В стихотворении Сергея Михалкова:
Говорило Море Туче, Отвечала Морю Туча: Той, что ливень пролила:
— Я у всех морей в долгу! — Эй ты, Туча! Что ж ты лучше
И сегодня выпал случай: Места выбрать не могла?
Расплатилась, чем могу! Почему Туча «должна» морям?
A) Не пропускает солнечный свет.
Б) Всегда связана с бурей.
B) Меняет направление морских течений.
Г) Уносит влагу на сушу.
Д) Усиливает их охлаждение.
Ответ: Г

14. Такими словами мы называем выходы подземных вод на поверхность суши, кроме слова …
А) водопад; б) родник; В) гейзер; г) ключ; Д) криница.
Ответ: А

• Приобрести полные задания и ответы ЧИП Купить

Источник