Тени водомерок

[Degen1103]

Тени водомерок на песчаном дне.
Заслуживает внимания не только разница контраста теневой картины от впадин под ножками насекомых и от мелких волн на поверхности, но и наличие светлых ободков вокруг тёмных пятнышек.
Желающие могут напридумывать немало вопросов (почему пятнышки такие тёмные? почему окружены светлыми ободками?) и даже задач (оценить массу водомерки?).

[amon]

Гуглим "каустика".

[Munin]

Degen1103
Вопросы к вам: оцените глубину воды; оцените скорость  ветра  водомерки, поскольку круги - от водомерок, а не от ветра. Размеры водомерки считать известными.

Если вспомнить поверхностное натяжение воды, то можно оценить и вес водомерки.

[Degen1103]

amon в сообщении #1045650 писал(а):

Гуглим "каустика".

Ух ты, здОрово! Не думал, что это понятие - столь широкое. [Да, кстати, верно ли понял, что скачки уплотнения - это каустики для акустических волн?]
Т.е. Вы хотите сказать, что светлые ободки - это некая огибающая? Я-то грешным делом думал, что это из-за изменения знака кривизны поверхности: по периметру впадины линза как бы выпуклая (собирающая), а посерёдке - вогнутая (рассеивающая)...

Munin, спасибо за внимание! Действительно, много чего интересного вылазит. Я самые счастливые годы жизни провёл на теневом приборе (шлирен-метод), поэтому так мне эта картинка понравилась, особенно тёмные пятнышки во вмятинах под ножками Количественно же оценить что-либо с ходу не берусь. Могу лишь сказать, что вода для этих волн, скорей всего - не мелкая, т.к. озеро необычайно прозрачное и в этом месте было примерно по колено, если не глубже.

По поводу скорости: эти волновые картины показывают весьма малую скорость ленивого перемещения после стремительного рывка, который трудно уловить глазом. Не знаю уж, в каком режиме скользит-глиссирует-парит-бежит в этот момент водомерка, но волновой фронт должнен быть очень острым - если волны образуются! (в чём я лично сильно сомневаюсь, т.к. бедное насекомое все ноги бы переломало из-за волнового сопротивления).

[Munin]

Degen1103 в сообщении #1045670 писал(а):

Т.е. Вы хотите сказать, что светлые ободки - это некая огибающая?

Линия пересечения огибающей (являющейся поверхностью в пространстве) и дна.

Degen1103 в сообщении #1045670 писал(а):

Я-то грешным делом думал, что это из-за изменения знака кривизны поверхности: по периметру впадины линза как бы выпуклая (собирающая), а посерёдке - вогнутая (рассеивающая)...

Да, так, но поскольку линзы эти неправильной формы...

[Degen1103]

По поводу скорости.
В Википедии упомянут парадокс Денни — кажущаяся невозможность для живущих на поверхности воды животных (например, водомерок) приложения достаточной для перемещения силы. Если предполагается, что передачу импульса воде производят поверхностные волны, то ноги животного должны перемещаться быстрее, чем фазовая скорость волн. Для стандартных условий эта скорость равна примерно 0,23 м/с. Движение ножек молодых водомерок гораздо медленнее, чем приведённая выше скорость, и поэтому они не могут перемещаться.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Парадокс_Денни
[Это чем-то напоминает невозможность полёта майского жука согласно уравнению Жуковского]

Вчера вечером попалась и другая ссылка, а сейчас что-то не нахожу. Парадокс был разрешён: исходное предположение оказалось неверным. Оказывается, водомерки мохнатыми подушечками лапок создают в воде вихри, от которых и отталкиваются. Статья о механизме передвижения водомерок была опубликована в Nature в 2008 г., если верно запомнил.

-- 17.08.2015, 08:33 --

А, вот, нашёл!

Цитата:

Водомерки скользят по водным поверхностям с невероятно высокой скоростью. Делают они это с помощью одного ловкого трюка: они погружают кончики своих лапок в воду и создают маленькие воронки или водовороты. Затем насекомое отталкивается от «мини-стенки» образовавшейся воронки и быстро отлетает вперед.
Водомерки способны преодолевать за одну секунду расстояние в сто раз превышающее длину их собственного тела. Если увеличить эту скорость до наших масштабов, это равносильно тому, как если бы человек передвигался со скоростью 640 км/ч.

А вот и источник: The hydrodynamics of water strider locomotion
А вот и текст статьи с убедительными картинками - интересующимся очень рекомендую посмотреть! Волновая картина при быстром беге оказывается совершенно иной, чем на моём снимке: водомерка оставляет не волновой фронт, а цепочку вихрей!

[Degen1103]

Да, кстати, смутно припоминаю, что плодовитая советская фантастика породила и рассказ (автора не помню) о гонках наподобие конькобежных, но по воде. На ноги цепляли какие-то подушки с инопланетной (если не путаю) смазкой, резко повышающей поверхностное натяжение. Спортивный сюжет строился на трудностях преодоления волнения моря, если не ошибаюсь. Как бегуны удерживали равновесие - не помню.

[Munin]

Degen1103 в сообщении #1045670 писал(а):

Могу лишь сказать, что вода для этих волн, скорей всего - не мелкая

Да, глубокая, волны капиллярные, так что оценить их дисперсию можно или самому на бумажке, или посмотреть где угодно.

[Degen1103]

Degen1103 в сообщении #1045803 писал(а):

Как бегуны удерживали равновесие - не помню.

Да, это сложная задача!

[Degen1103]

Тема получила неожиданное продолжение. На минском форуме по тепло- и массообмену был представлен интересный доклад физиков из МГУ с очень красивыми экспериментальными данными по конвекции в приповерхностном слое жидкости. Занимаются они этими исследованиями не первый год - вот, напр, статья 2012 г.

НО!!! На конференции были показаны свежие, отсутствующие в тексте по ссылке и нигде не опубликованные фотографии и видеозаписи движения водомерки в кювете. В одном случае там была налита "обычная" вода, а в другом - сверхчистая дистиллированная вода, обладающая иными поверхностными свойствами. В ней характер движения насекомого поразительно меняется: водомерка как бы теряет устойчивость и начинает хаотически метаться, пока не найдёт ячейку с подходящей структурой. Изящная, буквально в стиле Вуда, демонстрация!

Подождём публикации! Водомерки ещё внесут свой вклад в науку!!!

[Degen1103]

Письмо от автора:

Цитата:

если все еще интересно: вышла, наконец, наша статья
https://link.springer.com/article/10.10 ... 018-9577-9
с результатами, которые я рассказывал в Минске полтора года назад. Теперь смело можно ссылаться, хоть на форуме, хоть в печати. На сайте журнала (при наличии доступа, в МГУ он есть) к статье прилагаются два видео - водомерка на поверхности дистиллированной и деионизированной воды, а в pdf есть кадры из них.
с уважением,
Николай Винниченко

[DimaM]

Degen1103 в сообщении #1045779 писал(а):

Если предполагается, что передачу импульса воде производят поверхностные волны, то ноги животного должны перемещаться быстрее, чем фазовая скорость волн. Для стандартных условий эта скорость равна примерно 0,23 м/с.

У капиллярных волн фазовая скорость обратно пропорциональна корню из длины. Для миллиметровой длины у меня получилось 70 см/с (ваши 23 - это, похоже, минимальная фазовая скорость, она для длины волны около сантиметра).