Прогулки по воде, или Водомерки и другие интересные фото (Fluid Dynamics Picture Gallery)

Решив проверить свою гипотезу, исследователи провели простой эксперимент. Они добавили некоторое количество крахмала из кукурузы в емкость с водой, и после того, как клейстер равномерно распределился по поверхности, несколько раз ударили по воде металлическим стержнем. Эффект получился необычный, но вполне предсказуемый: суспензия активно отталкивала стержень. После ученые несколько раз плавно опускали руку в тот же самый раствор. В данном случае человеческая кисть спокойно проходила сквозь поверхность, то есть, тонула. "Если бы вы попытались ударить эту суспензию, то просто-напросто могли бы сломать запястье", — так прокомментировал результаты опытов физик Чикагского университета Скотт Вэйтукэйтис.

...

В результате выяснилась весьма интересная вещь. Оказывается, удар по поверхности воды заставляет частички крахмала, зависшие в жидкости, быстро-быстро собраться вместе. Причем делают они это не по своей воле — их "сгребают в кучу" силы поверхностного натяжения. Этот процесс очень похож на образование снежного сугроба перед ковшом снегоочистителя. У поверхности воды возникает уплотнение, которое настолько прочно, что может отталкивать предметы с той же силой, с какой кончик каблука-шпильки женских туфель давит на асфальт.

В том же случае, когда воздействие на суспензию мягкое и плавное, частички просто не успевают быстро слипнуться и создать уплотнение. Именно поэтому рука спокойно проходит сквозь поверхность, продавливая ее.

 

"Результаты эксперимента меня не сильно удивили. Но эксперимент был интересным, потому что мои коллеги наконец-то смогли увидеть, как именно происходит уплотнение частичек крахмала", — заметил физик Амстердамского университета Даниэль Бонн, после того как получил отчет команды Вэйтукэйтиса. Сам он проводил похожие исследования, однако не бил по крахмальной суспензии стержнем из металла, а стрелял в нее пулями с разного расстояния. Результат был почти такой же: в большинстве случаев пули отскакивали.

 

Способны бегать по поверхности воды, удерживаясь за счёт частых ударов перепончатых задних ног (контакт с водой длится 0,068 с) и благодаря тому, что опускают лапы горизонтально на воду — поверхностная плёнка воды не успевает прорваться под весом тела. За способность бегать по воде иногда этих ящериц называют «ящерицами Иисуса Христа»[2]. Каждый раз, опуская лапу, ящерица как бы захватывает пальцами пузырёк воздуха, благодаря чему не намокает при беге. Когда василиски достигают полуметра в длину, то становятся слишком тяжёлыми, чтобы удержаться на поверхностной плёнке.

 

vasilisk-yashherica-obraz-zhizni-i-sreda-obitaniya-vasiliska-3.jpg @ givnost.ru [кеш]

Поражает как сам факт, так и скорость передвижения. По поверхности воды василиск может пробежать до 500 метров со скоростью 12 км/ч.

 

При замедленном просмотре выяснилось, что василиск все же скорее гребет при помощи задних лап с огромными когтями, чем бежит по воде. Именно за счет быстроты и силы, с которой ящерица перемещает свои лапы, она и держится на поверхности воды.

 

Central American lizards of the genus Basiliscus resemble miniature dinosaurs.
One of their common names is Jesus-Christ lizards referring to their ability to run
across water (Deventer 1983). All four species are bipedal runners. The smaller
individuals run across water to escape from predators and to exploit new feeding
areas (Fig. 5.3(a)). Adults vary in weight between 200 and 600 g. Males reach
maximum lengths of 1 m, females grow up to 0.6 m and weigh 300 g maximum.
Three-quarters of their length is occupied by the tail. The lizards have lengthy
hind limbs with long, slightly flattened, toes. The toes rotate when the feet hit
the water. Lateral fringes along the toes increase the area after rotation (Laerm
1974). Maximum running speeds of 2.3 ms−1 have been reported (Rand and
Marx 1967). Weight support while running on water has nothing to do with
surface tension but is achieved dynamically by slapping the water surface. During
each step, three phases can be distinguished. The flat foot hits the water surface
in the slap phase. Subsequently, it pushes down creating an air cavity in the water
during the stroke phase. The foot withdraws quickly before the air cavity collapses
in the retraction phase. The size of the feet and the length of the legs are important
parameters determining the effectiveness of this form of locomotion. The water
running ability is size dependent; a 200 g lizard can barely support its weight. There
is no correlation between size and speed but larger adults cannot run as far as the
juveniles. Stride frequencies vary between 5 and 10 Hz; there is always one foot in
the water and hence step periods vary between 0.1 and 0.05 s respectively. The feet
of heavy adult males sink too deeply when striking the water and the retraction
speed is not fast enough to be out before the air cavity collapses. In conclusion,
the capacity to run over water depends on the body mass, the stride frequency and
on the speed of the slapping feet.


A quantitative biomechanical model by Glasheen and McMahon
(1996a,b) explains the running over water behaviour of Basilisk lizards. Their
model offers allometric equations showing the size-dependence of the important
parameters.


The minimum impulse required by the body weight for each step must be
smaller than the sum of the vertical impulses produced during the slap and stroke
phases. The total lift force from the gliding wings and tail reduced the body weight.
The thrust impulse produced by the
feet during a slightly oblique stroke should exceed the drag impulse estimates for
the duration of each step.