Ходити б по воді, аки посуху!

Наши партнеры ArtmMisto

По воді намагалися ходити багато. І, не рахуючи одного виняткового випадку в Галілеї (близько двох тисячоліть тому), ні у кого це не вийшло. Всякі фокуси, побудовані на обмані зору, ми тут враховувати не будемо. А ось щоб і справді .. Ну, як Ісус Христос ... Ні, це нам слабо!

17 серпня 2003р щось в цьому роді продемонстрував, правда, один англієць - 37-річний власник магазину Кріс Джоунс. Але і він визнає, що дійства явно не вистачало елегантності: дядько в бейсбольній кепці стояв на двох камерах від автомобільних шин, утиснувши свої старі кросівки в поглиблення на синюватих панелях з ПВХ. Начебто все було продумано, але навіть і в такому варіанті це був тяжкий труд: «Я абсолютно видихався», - зізнався містер Джоунс, протримавшись на воді 12 хвилин і просунувшись всього лише на 70 метрів. Але - дістався-таки до фінішної межі! Найважливіше, однак, було в тому, що задумане їм плавзасіб під назвою «Сині пальчики» все-таки тримало його на плаву і рухалося! Чого не скажеш про більшість конкурентів.

Тім Беррі, наприклад, вже через п'ять секунд звалився і занурився в неспокійну воду озера. Дейв Хенсон, інший учасник, який створив для своїх ніг т.зв. «Пару трун», спочатку просувався більш-менш спокійно, але потім ноги його роз'їхалися на шпагат, і він теж звалився. Трохи довше протрималася Джанет Саммер, хоча, відповідно до задуму, повинна була «літати» на своїй «пориста форелі» і по воді, і під водою: вона теж раптом скрикнула і пірнула носом у воду. Ян Александер і його «Могутній плавник» виявилися на рідкість плавучими - завдяки конструкції з полістиролу і легкого дерева. Однак і у «плавники» незабаром виявився фатальною недолік: кермо відвалився, з'явився небезпечний крен і, звичайно, в результаті містер Александер теж викупався.

Єдині суперники, які трималися на воді, були професіоналами з британського Відкритого університету. Вони зробили свої «плавучі підпірки» зі знанням справи. Однак одного з них - ХАМСТЕР Уїла - дискваліфікували відразу, оскільки за умовами змагань, влаштованих Бі-Бі-Сі в Віндермере (графство Камбрія) заради телесеріалу «Science Shack», людина повинна була рухатися на двох «ногах», що не з'єднаних разом, - інакше яке ж тут «ходіння по воді»! Та ж доля спіткала і дослідника з «Science Shack» Алама Шаха, хоча той і встиг проскочити до фінішу на своєму «біжить кільці», - його теж дискваліфікували.

«Science Shack», до речі, в перекладі означає «Наукова хатина», або «Наукова халупа», але, може, романтичніше звучить хоча б вже «Наукова келія»? Представник «Келії» був цілком задоволений, що призером став містер Джоунс на своїх «Синіх пальчиках». І справа тут не в тому, що переможець виграв пляшку французького білого вина - подумаєш, приз! А в тому, що містер Джоунс використовував просту технологію і досить дотепну систему клапанів, що дозволяє цього смішного пристосуванню просуватися вперед. «Я вважаю, що ми науково довели: по воді ходити можна! - сказав Адам Харт-Девіс, представник «Science Shack». - Для цього, що характерно, потрібні не тільки високі технології, скільки твердість характеру і рішучість ».

Рішучість рішучістю, а до ходьби по воді тут, погодьтеся, далеко. А тим часом (якщо залишити в спокої Ісуса Христа) в природі є чимало живих істот, які роблять це без праці. Якби комахи вміли сміятися, деякі з них вже точно ухохативалісь б, дивлячись на змагання цих незграбних Homo sapiens. Сміялася б, наприклад, та ж водомір, що проявляє на воді чудеса спритності, спритності і вправності. Водоміри - це такі жучки. Виводяться в воді, але живуть на поверхні. І вони відмінно ходять, стрибають і бігають по воді, причому не тонуть і навіть не пірнають!

Взагалі-то є сотні різних видів цих прудких комах, називають їх теж по-різному (наприклад, - водорізом, ножеклюв, ковзаняр, Иисусов жучок і т.д.). І розміри у них бувають різні - від одного сантиметра до гігантської в'єтнамської різновиди - 20см. І все вміють бігати по воді. Але в міру збільшення розміру тіла повинні пропорційно збільшуватися й кінцівки. Ці самі кінцівки у водомерки покриті тисячами крихітних волосинок, або ворсинок, які практично не намокають, і це теж дуже важливо, щоб утримуватися на плаву: адже якби лапи намокли, вони тягнули б вниз, та й витягти їх з води було б важкувато. У водомерки таких проблем немає. Самки приблизно в півтора рази більші за самців, але навіть і удвох (в інтимний момент) вони не провалюються під воду!

І що цікаво: у цих скороходів є як би два види ходи. Ковзання запросто переносить їх вперед на довжину корпусу, а стрибок штовхає в повітря і - вгору вперед. Пустуючи на поверхні, вони можуть здійснювати стрибки в чотири довжини свого корпуса, а то і в п'ять. Вага комахи врівноважується поверхневий натяг води, сила якого в десять разів перевищує масу тіла водоміри (при довжині 1см маса водомерки зазвичай становить близько 10 дин).

Між собою ці комахи повідомляються за рахунок капілярних хвиль, які створюють, тьопаючи середніми лапками по поверхні. Вібрації води, точніше, - частота цих вібрацій - дозволяє визначити, хто наближається, - самка або самець. Точно так же дізнаються і про наближення видобутку. Для більшості комах вода - це як клей: спробуй відірватися і вибратися! Поки нещасна жертва буде борсатися, створювані нею коливання води тут же уловлять інші - якісь риби або ті ж водоміри. Якщо комаха впала, скажімо, з дерева, водоміри негайно кинуться в ту сторону - в надії поласувати. І не сумнівайтеся: ці маленькі хижаки висмокчуть з жертви все соки! А ось на суші водомерки відчувають себе незатишно, вони досить незграбні. Якщо відчувають небезпеку, рятуються втечею - за рахунок стрибків. А коли комаха приводнився і побіжить-поскакає, у нього в кільватері біля кожної лапки буде утворюватися слід. Але про це - трохи пізніше.

Типова водомір приблизно 1см довжиною переміщається зі швидкістю 150см в секунду. Така швидкість, звичайно ж, просто заворожує. Це як якщо б людина ростом 1,8 м плив зі швидкістю 644км в годину, тобто швидше багатьох реактивних літаків! Відомо, що ці надводні мешканці водойм іноді безстрашно відправляються в довгу подорож і покривають гігантські відстані в сотні кілометрів по поверхні тропічних морів. Їх лапки цілком для цього пристосовані. У водомерки три пари кінцівок. Ведучими, тобто гребущими, є середні - ними вона користується, як парою весел. Задні кінцівки служать кермом і гальмом. А передніми водомір вистачає видобуток. Ось такий розклад.

Але все-таки: за рахунок чого ця комаха не тоне? Адже не тільки завдяки ворсистим лапок? Ясно ж, що будь-який об'єкт, що рухається в певному напрямку, повинен впливати на поверхню, по якій йде, біжить, повзе і т.д. Якщо це водна поверхня, лапи (ноги) та інші частини тіла повинні занурюватися в воду. На яку глибину? Залежно від маси рухомого істоти і швидкості його руху. При цьому, щонайменше, виникають хвилі. Все це зрозуміло, але не відноситься до водомір. Точніше, відноситься, але в малому ступені. Це жива істота, схоже, примудряється зневажати деяких законів фізики. І якби ж то цим відрізнялися тільки крихітні, майже невагомі водоміри. Але немає. Дорослі особини теж рухаються по поверхні води, як якщо б це була твердь, суша. І - ніколи не занурюються в воду! Якби водомір опинилася під водою, їй довелося б застосувати силу, в сто разів перевищує масу власного тіла, щоб виринути на поверхню. Простіше кажучи, вона б потонула. Але такої небезпеки, по суті, немає. І ця загадка давно інтригувала вчених.

Є і ще одна загадка.

Довгий час вчені вважали, що водомір рухається завдяки створюваним нею хвилях. Поверхневі хвилі посилають імпульси в напрямку, протилежному руху. Що і відбувається. Потім, по 3-му закону Ньютона (про те, що на кожну дію є рівна йому протидію) сила протидії цих хвиль штовхає комаха вперед. Однак для створення таких хвиль лапка комахи повинна рухатися зі швидкістю, що перевищує 25см в секунду - це мінімальна швидкість поверхневої хвилі. Перевищення цієї швидкості - зовсім не проблема для такої комахи, як водомір з її довгими ногами. Але якби так воно і було, то малюки-водоміри, у яких лапки набагато коротше й слабкіше, не могли б наздогнати батьками. Тобто вони взагалі не мали б бігати по воді! Однак ніяких проблем у малюків немає. Ось ця «нестиковка», це невідповідність між теорією і практикою стало відомо з 1993 року як «парадокс Денні». Біолог з Стенфордського університету Марк В. Денні вказував тоді, що - теоретично - крихітні водоміри не можуть ходити по воді, оскільки їх лапки ще не достатньо швидкі, щоб створювати хвилю. Фактично ж і новонароджені переміщаються по поверхні води так само успішно, як і дорослі особини. Малюки водомерки можуть бути навіть і 1мм довжиною, але відмінно пересуваються.

Тепер дослідники з MIT - Массачусетського технологічного інституту - вирішили, нарешті, «парадокс Денні». На обкладинці серпневого (2003 р) випуску журналу Nature зображена водомір Gerris remigis, яку привернув світло - вона кинулася до нього, подібно Ікарусу. Але, оскільки воду фарбували синім тимолом, а знизу підсвічували, вдалося зрозуміти, які сліди залишає на воді комаха. Чітко видно, як у фазі уповільнення руху ( «гальмування») перед черговим гребком в воді виникають крихітні завихрення. Ці міні-вири - закрутки потоку - дають водомір можливість переміщатися по поверхні без будь-яких зусиль, будь то тихий ставок або неспокійний океан. Вчені довели, таким чином, що водомерки будь-якого розміру користуються своїми кінцівками, немов веслами, - гребуть і передають імпульс воді головним чином через дипольні завихрення, створювані їх лапками. Для перевірки цієї гіпотези потрібно було створити якусь подобу водоміри - механізм, який би працював на тих же принципах гідродинаміки. Дослідники вирішили зробити штучне комаха, здатне імітувати рухи водоміри.

По-англійськи водомір називається «уотер Страйдер», дослівно - «крокує по воді». Створеного в MIT робота назвали - за аналогією - «робострайдер». Завдання полягало в тому, щоб саморушне пристрій було досить легким, - настільки, щоб його вага могла утримувати сила поверхневого натягу води. Однак вага приладу тим більше, ніж механізм складніше. А тому потрібно було зробити щось до межі просте. Отже, робострайдер в своєму «розвитку» пройшов як би три фази.

версія 1

Перший механізм був простеньке дротове подобу водоміри. Він повинен був всього лише продемонструвати, що металевий об'єкт важча за воду може утримуватися на ній силою її поверхневого натягу. Якщо робострайдер-1 не міг би триматися на поверхні, питання про діючої моделі відразу б відпало.

версія 2

Робострайдер-2 був уже близький до шуканого варіанту. Він приводився в рух простеньким пускателем - тонку еластичну стрічку намотали на шків, з'єднаний з гребущими середніми «кінцівками». Для спрощення досвіду робострайдер-2 пересувався нема на тоненьких ніжках, а на поплавцях з пінопласту.

версія 3

Остаточний варіант робострайдера схожий на жива комаха, але, звичайно, істотно перевершує типову водомір за розміром і поступається їй за вправності. Це механізм довжиною 9 см, він має пару середніх рухомих «кінцівок» плюс дві пари підтримують - як це буває і у справжніх водомерок. Сама конструкція - алюмінієва, «кінцівки» - з нержавіючої сталі. За п'ять «кроків» такий механізм проходив шлях в 20-30см.

Штучна водомір, яку створили дослідники з MIT, переміщається, звичайно, не настільки швидко, витончено і граціозно, як справжня. Однак гідродинаміка, що лежить в основі руху цих комах, була колись не зовсім зрозуміла, як каже професор математики з MIT Джон У.М. Буш, автор цього дослідження. Тепер же, використовуючи математичні розрахунки, високошвидкісну відео-зйомку, масу інших методів вивчення водного потоку, Буш і два аспіранта - математик Девід Л. Х'ю і інженер-механік Брайан Чан - остаточно встановили, яким же чином рухається по поверхні водомір.

Коли комаха стосується води, кінчики його тоненьких лапок створюють мікроскопічні улоговинки - поглиблення на поверхні. Центральними (середніми) лапками водомір гребе, роблячи в середньому по два гребка в секунду і передаючи імпульс вниз, під воду, де виникають дипольні завихрення. А меніски, що з'являються позаду провідної пари кінцівок, використовуються як гребні лопаті весла. Вони-то і штовхають комаха вперед, бо поверхня ложбінок діє як трамплін. І хоча гребное рух лапок створює крихітні хвилі, вони не відіграють істотної ролі, як вважають вчені. Головне тут в цих мікроскопічних відвертих. «Передача імпульсу здійснюється в основному в формі підповерхневих завихрень», - сказав професор Буш у своєму повідомленні журналу Nature.

Проектуючи штучну водомір, Чан, не особливо мудруючи, взяв порожню бляшанку з-під напою «7-Up», шматок сталевого дроту, еластичний бинт, яким він примотано провідний шків до пари штучних «ніг». От і все.

У цих експериментах механічна водомір переміщалася з кожним гребком лише на половину довжини свого корпуса. Однак принцип руху зберігався той же, що і у живої комахи. До речі, Х'ю пише на цю тему свою докторську дисертацію, і він має намір подібним же чином вивчити кілька інших живих істот, які прямують по поверхні води. Це, наприклад, жучки під загальною назвою Microvelia, болотні комахи типу Mesovelia, равлик Physidae, що живе на ставках. Прісноводний павук Dolomedes теж шастає по поверхні води, залишаючи завихрення позаду кожної зі своїх чотирьох лап. Або, наприклад, василіск Basiliscus vittatus, здатний бігати по воді, майже до неї не торкаючись, - не випадково ж його називають «Ісусової ящіркою». Принцип руху у кожного комахи або тварини різний, але з інженерної точки зору цікаві всі. Хтось рухається на зразок наших судів на повітряній подушці, хтось відштовхується від крихітних нерівностей водної поверхні, а то і користується зовсім особливою формою взаємодії води, повітря і твердої поверхні, що дозволяє рухатися і по воді, і посуху.

Фізика, гідродинаміка таких явищ поки ще мало вивчена. Не тільки комахи, а й птахи, риби іноді ставлять перед нами загадки. Тобто у нас, звичайно, є свої гіпотези, але, як і в випадку з водомір, вони можуть виявитися не зовсім точними. А водомір - це і не риба, і не птах, вона не плаває, а й не літає, а адже як швидко переміщається! «Саме так працюють гребні човни, - каже професор Буш. - Весло йде в воду і відштовхує рідину назад. Водоміри роблять те ж саме, з тією лише різницею, що вони не занурюють свої «весла» під воду. Але ямки, створювані ними на поверхні води, діють, немов лопать весла ».

Але, питається, який нам користь від всіх цих знань? Чи не надумав чи і людина «гуляти по воді»?

Д-р Буш вважає, що у людини занадто високий зріст, щоб користуватися тим же механізмом пересування, - нам довелося б відростити занадто великі ступні і занадто довгі ноги. І, звичайно, професор прав. Але ж це ще не означає, що десь на водоймах нам одного разу не знадобляться швидкого руху механізми на зразок робострайдера! Та й взагалі: знати природу (і підглянути у неї деякі секрети) - одне із завдань, яку до кінця не вирішити ніколи. І це здорово, що вже придумано перше в світі механічний пристрій, здатне рухатися поверх води. На щастя, ентузіасти це розуміють. Їх чимало і у нас в Росії. І вони напевно вже бачать, як можна застосувати отримані тепер дані.

До речі, для допитливих: у Девіда Л. Х'ю є свій сайт в Інтернеті - З інститутом MIT можна зв'язатися по електронній пошті через Дебора Халбер - [email protected] або, якщо вже дуже не терпиться, зателефонувати 617-258-9276.

Повертаючись (все ж!) До Ісуса Христа, треба б згадати, що вчені і справді намагаються вирішити цю багатовікову загадку. Адже не буває ж диму без вогню! Значить, і справді хтось таке бачив. Пам'ятайте, в Біблії описано, як Ісус став над берегом, а човен з учнями «вже був на середині моря, і її кидали хвилі», а потім раптом «пішов до них Ісус, ідучи по морю. Як побачили ж учні, що йде Він по морю, то настрашилися та й казали: Мара! І від страху вони закричали »(Мф 14: 24-26).

Але як, за рахунок чого Ісус ходив по воді, якщо і справді ходив?

На цею рахунок є Різні припущені. Але цікаво, що (як про те розповідалося в нашому документальному фільмі «Жива вода») в лабораторії російського професора Павла Госькова вдалося отримати невеликий стовпчик по-справжньому очищеної води (зазвичай вода містить масу всяких домішок, і в чистому вигляді в природі не зустрічається) . Так ось. Діаметр цього лабораторного стовпчика чистої води був всього лише 2,5 см, а ось зчеплення молекул в ній виявилося настільки потужним, що для розриву стовпчика потрібно було прикласти силу в 900кг! По озеру чи морю такої води можна було б не тільки ходити, а, так би мовити в фільмі, навіть і кататися на ковзанах! Якщо при цьому врахувати, що (і це вже доведено !!!) вода змінює свою структуру і очищається під впливом, скажімо, доброго слова, гарної музики, молитви і взагалі проявів високої духовності, то хто його знає, що міг проробляти з водою Ісус ! Може, під його впливом вода очищалася, заспокоювалася і ставала подібна до тієї, отриманої в лабораторії? За такою воді Він міг і ходити. Так що тут навряд чи варто проводити якесь порівняння з водомір. Кесарю - кесареве, а Богові - Боже! І, схоже, ми ще занадто мало знаємо, щоб не вірити в чудеса ...

Марк Соколов, "НГН"