Fortbewegung der Tiere auf der Wasseroberfläche - Animal locomotion on the water surface

Wasserläufer können sich auf der Wasseroberfläche bewegen.

Die Fortbewegung von Tieren auf der Oberflächenschicht des Wassers ist die Untersuchung der Fortbewegung von Tieren bei kleinen Tieren , die auf der Oberflächenschicht des Wassers leben und sich auf die Oberflächenspannung stützen , um über Wasser zu bleiben.

Es gibt zwei Arten der Fortbewegung von Tieren auf dem Wasser, die durch das Verhältnis des Gewichts des Tieres zur Oberflächenspannung des Wassers bestimmt werden : diejenigen, deren Gewicht durch die Oberflächenspannung in Ruhe gestützt wird und daher ohne große Anstrengung leicht auf der Wasseroberfläche verbleiben kann, und diejenigen, deren Gewicht nicht durch die Oberflächenspannung des Wassers in Ruhe gestützt wird und daher eine zusätzliche Bewegung in einer Richtung parallel zur Wasseroberfläche ausüben muss, um darüber zu bleiben. Eine Kreatur wie die Basilisk-Eidechse , die oft als "Jesus-Eidechse" bezeichnet wird, hat ein Gewicht, das größer ist, als die Oberflächenspannung tragen kann, und ist weithin dafür bekannt, über die Wasseroberfläche zu laufen. Ein anderes Beispiel, der westliche Haubentaucher , führt ein Paarungsritual durch, bei dem über die Wasseroberfläche gelaufen wird.

An der Oberfläche lebende Tiere wie der Wasserläufer haben typischerweise hydrophobe Füße, die mit kleinen Haaren bedeckt sind , die verhindern, dass die Füße die Oberfläche brechen und nass werden. Ein weiteres Insekt, von dem bekannt ist, dass es auf der Wasseroberfläche läuft, ist die Ameisenart Polyrhachis sokolova . Der Zwerggecko ( Coleodactylus amazonicus ) kann aufgrund seiner geringen Größe und seiner hydrophoben Haut auch auf der Wasseroberfläche laufen.

Laut dem Biophysiker David L. Hu gibt es mindestens 342 Arten von Wasserläufern. Mit zunehmender Größe der Strider werden ihre Beine proportional länger, wobei Gigantometra-Gigas mit einer Länge von über 20 cm eine Oberflächenspannungskraft von etwa 40 Millinewton erfordern .

Wasserläufer erzeugen Schub, indem sie Wirbel im Wasser abwerfen : Während des Krafthubs wird eine Reihe von "U" -förmigen Wirbelfilamenten erzeugt . Die beiden freien Enden des "U" sind an der Wasseroberfläche befestigt. Diese Wirbel übertragen genug (Rückwärts-) Impuls auf das Wasser, um das Tier vorwärts zu treiben (beachten Sie, dass ein Teil des Impulses durch Kapillarwellen übertragen wird ; siehe Dennys Paradoxon für eine detailliertere Diskussion.)

Meniskusklettern

Um von der Wasseroberfläche an Land zu gelangen, muss ein wasserlaufendes Insekt mit der Neigung des Meniskus am Rand des Wassers kämpfen . Viele solcher Insekten sind nicht in der Lage, diesen Meniskus mit ihrem üblichen Antriebsmechanismus zu besteigen.

David Hu und Mitarbeiter John WM Bush haben gezeigt, dass solche Insekten Meniskusse besteigen, indem sie eine feste Körperhaltung einnehmen. Dies verformt die Wasseroberfläche und erzeugt Kapillarkräfte , die das Insekt den Hang hinauf treiben, ohne seine Anhänge zu bewegen.

Hu und Bush kommen zu dem Schluss, dass das Meniskusklettern ein ungewöhnliches Antriebsmittel ist, da sich das Insekt in einer quasistatischen Konfiguration selbst antreibt, ohne seine Gliedmaßen zu bewegen. Die Biolokomotion ist im Allgemeinen durch die Übertragung der Muskelbelastungsenergie auf die kinetische und gravitative potentielle Energie der Kreatur und die kinetische Energie der suspendierenden Flüssigkeit gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu hat das Meniskusklettern einen anderen Energiepfad: Durch die Verformung der freien Oberfläche wandelt das Insekt die Muskelbelastung in die Oberflächenenergie um, die seinen Aufstieg antreibt.

Marangoni-Antrieb

Viele Insekten, einschließlich einiger Landinsekten, können ein Tensid freisetzen und sich mithilfe des Marangoni-Effekts selbst antreiben . Hu und Bush berichten, dass Microvelia mit dem Marangoni-Antrieb eine Spitzengeschwindigkeit von 17 cm / s erreichen kann, was doppelt so hoch ist wie die maximale Gehgeschwindigkeit.

Marangoni Vortrieb durch eine Benetzung Arthropoden ist genau analog zu einer Seife Boot aber die Situation für Insekten wie Wasser striders ist komplexer. Hu und Bush geben an, dass "bei nicht benetzenden Arthropoden die Übertragung von chemischer auf kinetische Energie subtiler ist, da der Marangoni-Stress über die komplexe Oberflächenschicht der Kreatur übertragen werden muss".

Segeln

Velella bewegt sich durch Segeln.

Velella , der by-the-Wind Seemann, ist ein cnidarian ohne Antriebsmittel außer Segeln . Ein kleines starres Segel ragt in die Luft und fängt den Wind auf. Velella- Segel richten sich immer entlang der Windrichtung aus, wo das Segel als Tragflügel fungieren kann, so dass die Tiere dazu neigen, in einem kleinen Winkel zum Wind gegen den Wind zu segeln.

Siehe auch

Verweise

Externe Links