Почему не тонет водомерка?

Однажды мы гуляли около цирка. Там есть большой пруд. Я кидал камни в воду и подошел поближе к воде. Вдруг я увидел, что у самого берега прямо по воде бегают или даже прыгают довольно крупные насекомые. Передвигались они очень шустро. Было ощущение, что они бегают не по жидкой и мокрой воде, а по сухому асфальту. Папа сказал, что это водомерки, но как они бегают по воде – секрет.

Проведение наблюдений

Наблюдение водомерки в естественных условиях

23. 09. 2007. На пруду у цирка. Водомерка легко и быстро бегает по воде, широко расставляя лапки. Передвигается очень быстро, поэтому особенности строения рассмотреть трудно.

Водомерка на пруду (1 – взрослая водомерка; 2 – молодая водомерка; 3 – личинка).

Наблюдения водомерки в лабораторных условиях (дома в банке)

Для детального обследования выловили одну водомерку и посадили ее в стеклянную банку 0,5 литра, куда была налита вода из пруда.

Водомерка в банке.

1. У водомерки шесть лапок: четыре длинных, две передние короткие. Длинные лапки расставлены широко в разные стороны. В основном водомерка опирается на них, но и передние лапки опускает на воду.

2. Тело водомерки имеет три части: голова, грудь и брюшко. На голове расположено два глаза и пара усиков.

3. Тельце вытянутое. Брюшко снизу серебристое, покрыто волосками. Спинка темная, на ней находятся сложенные крылышки, которые крепятся к груди.

4. На воде водомерка стоит спокойно, не проваливаясь. Поверхность воды под лапками слегка прогибается.

5. Водомерка очень шустрая, часто трет лапку о лапку.

Показ видео: Лапки водомерки. mov.

Водомерка трет лапку о лапку.

Выводы по наблюдениям:

1. Водомерка – это насекомое.

2. Плавательных ножек у водомерки нет, что опровергает мою первую гипотезу.

3. У водомерки есть крылышки, но при движении она их не использует. Таким образом, четвертая гипотеза тоже оказалась неверной.

Сравнение водомерки с другими насекомыми

Для подтверждения или опровержения второй гипотезы я провел сравнение водомерки с комаром. Комар значительно меньше и легче водомерки. Лапки длинные, все одинаковые, расставлены в стороны, но комар опирается на все шесть.

Положили комара на воду. Он плавает. Посмотрели снизу на поверхность воды – лапки провалились. Перемещается очень медленно, с трудом; лапки вязнут в воде.

Комар в воде. Вид сверху и снизу.

Из своего опыта я знаю, что ни мухи, ни пчелы, ни бабочки, ни кузнечики бегать по воде не могут, их лапки проваливаются и вязнут в воде. Обычно, попав в воду, они погибают.

Вывод из наблюдения: более легкое насекомое комар не может бегать по воде как водомерка. Значит передвижение по воде не связано с массой тела насекомого. Таким образом, вторая гипотеза неверна.

Анализ литературы

Для проверки гипотезы «Особенность строения лапок» я обратился к литературе. Из книги «Определитель насекомых» узнал, что мы поймали водомерку болотную. Тельце нашей водомерки 17 мм, масса 0,01 грамма.

Из прочитанного узнал следующее:

Водомерки – представители отряда полужесткокрылых или клопов.

Хищники – их пища случайно упавшие на поверхность воды насекомые. Ротовой аппарат представляет собой длинную заостренную трубку, которая может выпрямляться. Водомерка прокалывает тело своей жертвы и высасывает из него соки. Если водомерку поймать голыми руками, она может больно укусить.

Ротовой аппарат Водомерка напала на свою жертву.

водомерки.

Лапки, касающиеся воды, покрыты жесткими щеточками и смазаны жирной жидкостью, отталкивающей воду; они не намокают.

Тело водомерки покрыто специальным чешуйчатым покровом, также защищающим от смачивания. Во время дождя водомерка покидает водоем и ищет укрытия, чтобы не утонуть.

Движется водомерка, широко расставив две пары длинных и тонких ног – средние и задние, при этом средними лапками водомерка гребет и разворачивается, а задними толкается и тормозит. Водомерка может передвигаться со скоростью 1,5 м/с. Более короткие передние ноги используются клопом для удержания добычи.

У водомерок появляется два поколения в год: летнее и осеннее (зимующее). Насекомое первого поколения появляется в мае-июле и живут около четырех месяцев. Они не умеют летать и всю жизнь проводят на воде. Водомерки осеннего поколения появляются на свет в августе-сентябре. У них есть крылья, они могут перелетать из одного водоема в другой.

Личинки – миниатюрные копии своих родителей. По мере роста они несколько раз линяют, но очертания тела не меняются. Отличие от взрослых особей – отсутствие крыльев.

Личинка водомерки.

Осенью с наступлением холодов водомерки покидают водоемы и находят себе убежище под корой старых пней или во мху.

Водомерки хорошо видят, а также могут улавливать самые незначительные колебания водной поверхности с помощью эластичных мембран, расположенных между сегментами лапок. Водомерка точно знает с какой стороны ей может грозить опасность или где находится потенциальная жертва. Легко барабаня лапками по воде, водомерки общаются между собой.

Вывод: Таким образом, действительно, возможность движения водомерки по воде связана с необычным строением лапок и наличием смазки. Именно поэтому, водомерка все время трет свои лапки – она их смазывает.

Однако, в книге Игоря Акимушкина «Мир животных» мы обратили внимание на то, что описывая водомерку, он говорит о «поверхностной пленке», которая покрывает воду и благодаря ей водомерка свободно движется по воде и не проваливается. В связи с этим, у меня появились следующие вопросы:

1. Что такое «поверхностная пленка» воды?

2. Действительно ли она существует?

3. Как это доказать?

Из чего возникает еще одна, пятая гипотеза –

Может быть, вода как-то помогает водомерке держаться на поверхности?

Чтобы проверить эту гипотезу, мне необходимо было узнать, что такое вода и имеет ли она пленку, по которой может бегать водомерка.

Из справочника школьника по химии я узнал, что:

Чистая вода – это бесцветная жидкость без запаха и вкуса.

А жидкости и газы состоят из молекул.

Молекула – наименьшая частица данного вещества.

Что такое «поверхностная пленка» из справочной научной литературы я не понял и обратился за помощью к дедушке. Мой дедушка – учитель физики Медведев Игорь Васильевич. Работал в школе №3 города Уржума, сейчас на пенсии.

Дедушка мне сказал, что речь идет о поверхностном натяжении. Это явление, проявляющееся в стремлении поверхности жидкостей к уменьшению своей площади. Из рассказа дедушки я понял, что молекулы воды притягиваются друг к другу. Поверхность воды тоже состоит из молекул, которые притягиваются к молекулам жидкости внутри воды, а снаружи у них находится воздух, притяжение к которому гораздо слабее. Поэтому молекулы с поверхности стремятся уйти внутрь жидкости, то есть жидкость стремится принять форму с наименьшей поверхностью – а это шар.

Это можно наблюдать на примере капель дождя и росы.

Дедушка подарил мне книжку «Физические викторины». В ней описаны интересные опыты с поверхностным натяжением, которые я провел.

Опыт №1. «Плавающая игла».

Материалы: стакан с водой, стальная игла.

Описание опыта:

Осторожно положить иглу на поверхность воды. Игла не тонет. Ее поддерживает сила поверхностного натяжения. Стоит легко прикоснуться к игле, и она утонет.

Видео: Игла на воде. mov.

Опыт №2. «Плавающая бритва».

Материалы: стакан с водой, бритва.

Описание опыта:

Осторожно положить бритву на поверхность воды. Бритва не тонет. Ее поддерживает сила поверхностного натяжения. Стоит легко прикоснуться к бритве, и она утонет.

Видео: Бритва на воде. mov.

Опыт №3. Стакан «с горкой».

Материалы: стакан, вода.

Описание опыта:

Осторожно наливаем воду в стакан. Сила поверхностного натяжения позволяет налить воду чуть выше края стакана.

Опыты 1-3 позволяют пронаблюдать у воды наличие поверхностного натяжения.

Вывод: движению водомерки способствует наличие поверхностного натяжения воды. Подтверждается пятая гипотеза.

Оказывается некоторые вещества (мыло, камфора, сахар), могут уменьшать или увеличивать силу поверхностного натяжения.

Опыт №4. Стреляющая пушка.

Материалы: ванночка с водой, картонная «пушка», картонный «снаряд», мыльный раствор.

Описание опыта:

Картонную «пушку» и «снаряд» аккуратно положить на воду. Капнуть мыльным раствором между «пушкой» и «снарядом». «Снаряд» вылетает.

Видео: Стреляющая пушка. mov.

Опыт №5 с тальком.

Материалы: тарелка с водой, тальк, мыльный раствор.

Описание опыта:

Насыпать тальк на поверхность воды. В центр капнуть мыльным раствором. Слой талька на поверхности воды разрывается.

Тальк на поверхности воды.

Видео: Опыт с тальком. mov.

Вывод: опыт 4-5 позволяют наблюдать, что мыло ослабляет поверхностное натяжение воды.

Повторные наблюдения

2007. С водомеркой в банке произошло странное событие. Утром лапки и половина брюшка водомерки оказались погруженными в воду. Раньше такого не было. Мы решили, что водомерка погибла, но когда стали ее доставать из банки, она зашевелилась. Что произошло?

- Водомерка заболела?

- Неправильное питание?

- Может ей нужно выходить на сушу и сохнуть?

- Может она замерзла?

Мы бросили в воду сухую палочку и лист. Водомерка выбралась и стала сушить лапки. Чистить и смазывать. Но, ступив на воду, она снова провалилась. Она жила уже десять дней в маленькой банке. Может быть «испортилась» вода? Мы взяли банку побольше, налили чистой воды и палочкой помогли водомерке перебраться в другой «водоем». И вот чудо! Водомерка снова уверенно встала на свои лапки.

Значит – дело в воде!

Вода закисла, и поверхностное натяжение ослабло. И не смотря на то же строение лапок, смазку и вес, водомерка тонула, а в чистой воде уверенно стояла на поверхности. Таким образом, определяющим фактором движения по воде является поверхностное натяжение.

В загрязненных водоемах сила поверхностного натяжения может ослабевать, поэтому там водомерки жить не смогут. Значит, наличие водомерок на поверхности воды говорит о чистоте водоема.

Вывод по работе:

Я понял, водомерка не тонет, потому что:

1. на поверхности воды ее удерживает сила поверхностного натяжения воды, которая является определяющим фактором;

2. особое строение лапок и защита от намокания позволяет водомерке умело пользоваться этой силой для жизни на поверхности воды;

3. в загрязненных водоемах водомерки не живут.

Оказывается, что ученые давно изучают водомерок и пытаются изобрести машины, которые бы держались на воде при помощи сил поверхностного натяжения. Вот некоторые из них:

Интересно, а мог бы я держаться на поверхности воды только за счет сил поверхностного натяжения? Водомерка массой 0,01 грамма имеет длину лапок, соприкасающихся с водой, 4 см. Папа подсчитал, чтобы мне просто держаться на воде, надо иметь подобные лапки длиной 24 км каждая. Пожалуй, для себя я выберу другой способ передвижения по воде.