Fizyka w świecie zwierząt

Na dworze mrozy i pewnie nie jedna osoba marzy już o wysokich temperaturach. Wraz z początkiem wiosny pojawi się pełne słońce, zrobi się zamieszanie nad Jeziorem Kortowskim, wiecznie obleganym przez studentów i mieszkańców Olsztyna. Podglądając przyrodę, możemy się wiele nauczyć i zauważyć jednocześnie, że sporo praw stosowanych w fizyce czy matematyce ma swoje odzwierciedlenie w zachowaniu niektórych zwierząt.

(Fot. S. Czachorowski)

Na powierzchni wody możemy spotkać owady. Jednym z najbardziej ciekawych owadów jest nartnik, który został obdarzony przez naturę możliwością chodzenia po wodzie. Powierzchnia wody działa na owada pewną siłą w ten sposób przeciwstawiając mu się. Wyobraźmy sobie, że woda zbudowana jest z bardzo wielu kulistych cząsteczek. Każda cząsteczka znajdująca się pod powierzchnią wody jest przyciągana przez sąsiadów w różne strony. Wyjątek stanowi tutaj warstwa cząsteczek na samej górze, wabiona tylko przez sąsiadów z dołu. To powoduje, że powierzchnia dąży do zmniejszenia swej powierzchni, chce jak najbardziej zejść w dół. Cząsteczki wody przyciągają się wzajemnie, co skutkuje kurczeniem się wody. W fizyce nazwano to napięciem powierzchniowym wody. Dlatego też krople deszczu, oleju mają kształt kulisty. Możemy to również zauważyć wyciągając z wody pędzel do malowania, gdzie następuje sczepianie się jego włosków. Wkładając go z powrotem do wody zauważymy, że jego włoski ułożone są luźno, tak jak ma to miejsce w suchym pędzlu. Jeżeli pojawi się jakiś owad, np. nartnik bądź rzucimy kawałek suchego drewna, cząsteczki na samej górze wypierają te elementy, przeciwdziałając zwiększeniu się swojej powierzchni, dzięki czemu przedmioty te nie toną, a nartnik skacze po wodzie.

Nad jeziorem pojawią się na pewno kaczki. Jeżeli się im bliżej przypatrzymy zobaczymy, że woda spłynie po kaczych piórach nie zostawiając kropli. Dzieje się tak, ponieważ pióra nasiąknięte są tłuszczem, który nie rozpuszcza się w wodzie i zapobiega absorpcji wody w głąb piór. Można to zauważyć, wlewając kilka kropli oleju do szklanki wypełnionej wodą.

Pozostając przy temacie wody możemy również zetknąć się z zasadą zachowania pędu. Brzmi groźnie, ale nie dla mątwy, która dzięki tej zasadzie broni się przed drapieżcami. Pęd, to nic innego jak prędkość porannego biegu do autobusu pomnożona przez masę naszego ciała i torby z książkami. Ciało mątwy zbudowane z worka mięśniowego wypełnionego wodą, wyrzuca z niego strumień wody, nadając mątwie pewien ruch ku przodowi. Na dodatek woda ta jest zabarwiona różnymi związkami, które dezorientują przeciwnika. Meduza czy ośmiornica wykorzystuje zjawisko odrzutu do poruszania się. Szybki skurcz ciała wyrzuca wodę do tyłu nadając w tym samym czasie pęd w przeciwnym kierunku. Pędząc rano do autobusu radzę uważać, by nie zgubić żadnych książek.

Na brzegu jeziora możemy czasami spotkać żaby. Okazuje się, że to również bardzo mądre zwierzęta. Skok w dal jest ich ulubioną dyscypliną sportową. Skacząc, nie pod innym, jak tylko pod kątem 45°, zapewniają sobie maksymalny zasięg skoku w terenie płaskim. Warto wiedzieć, że w ten sam sposób uczą się kopać piłkę zawodowi piłkarze. Rzut, czy skok pod kątem większym lub mniejszym, np. 30° bądź 60° spowoduje, że piłka lub żaba spadną w tym samym miejscu, lecz bliżej niż gdyby zastosować kąt 45°. Możemy teraz śmiało powiedzieć, że żaby to wielbiciele funkcji trygonometrycznych.

Zwierzęta znacznie wcześniej zaczęły wykorzystywać nanotechnologie, niektóre do dziś są nadal nieosiągalne dla człowieka. Gekon potrafi biegać po suficie do góry nogami, a nawet zwisać na jednej łapie. Na powierzchni swoich stóp ma miliony mikroskopijnych, giętkich włosków, którymi przeczepią się do podłoża. Odziaływanie, jakie występuje między stopą, a sufitem jest bardzo słabe, ale miliony punktów zaczepienia kompensują ciężar jaszczurki. Możemy sobie teraz tylko wyobrazić, że już za kilka lat, w dobie rozwoju nanotechnologii będziemy mogli spacerować po ścianach.

Podczas, gdy ludzie zmuszeni są polegać na sztucznej elektryczności, istnieją wokół nas zwierzęta, które potrafią same generować światło. Możliwe jest to dzięki uwalnianiu energii pochodzącej z reakcji chemicznych, które zachodzą w ciałach tych organizmów. Efekt jest bardzo często zniewalający. Bioluminescencja to nie tylko zdolność żywych organizmów do świecenia, ale również przystosowanie do trudnych warunków środowiskowych. Dzięki tej niezwykłej cesze zwierzęta przykuwają uwagę partnera, wabią kolację jak również kamuflują się przed drapieżcami. Najbardziej popularnymi owadami są robaczki świętojańskie. Legenda głosi, że gdzie świetliki, tam kwiat paproci, ale nawet, jeżeli go nie znajdziemy to czerwcowy spacer może nam dostarczyć niezapomnianych wrażeń.

Człowieka od zawsze fascynowała tajemnica lotu. Podglądając latające bez większego wysiłku ptaki, pionierzy aeronautyki, inżynierowie, wzorowali się na skrzydłach. Na podobieństwo budowy i kształtu ptaków zbudowano najlepsze latające maszyny. Samoloty i ptaki poruszają się dzięki sile nośnej. Wyobraźmy sobie, że skrzydło przecina powietrze na dwie części, górną, przepływającą nad skrzydłem i dolną, przepływającą pod skrzydłem. Jest ono wyprofilowane w ten sposób, że górna powierzchnia jest większa, dlatego powietrze na górze musi „lecieć” szybciej by móc spotkać się ze swoją częścią powietrza z dołu w tym samym czasie. Szybciej poruszające się powietrze wywiera mniejsze ciśnienie, czyli mniejszą siłę, niż te na dole i dzięki temu skrzydło „pchane” jest do góry, co umożliwia utrzymanie się w powietrzu. W ten sam sposób zbudowane są skrzydła samolotu, z tą różnicą, że człowiek musi napędzać samolot silnikiem i śmigłami, a ptaki ich nie potrzebują.

Chociaż na ogół wolimy nie myśleć o porażeniu prądem, niektóre zwierzęta w toku ewolucji przystosowały swój układ nerwowy do generowania prądu elektrycznego. Każde zwierzę, od dżdżownicy do człowieka, wytwarza energię elektryczną, ale u wszystkich, prócz ryb elektrycznych, pozostaje to zjawiskiem wewnętrznym, które nie powoduje tragicznych w skutkach efektów. Węgorz elektryczny, aż w 80% zbudowany jest z komórek elektrycznych, tzw. elektrocytów, ułożonych ciasno, jedna za drugą. Podczas wyładowań, natężenie prądu z każdej komórki jest dodawane i powstaje prąd o łącznym natężeniu mogącym zabić dorosłego, zdrowego człowieka oraz ogłuszyć konia z odległości 6 m. Dla porównania, gniazdko elektryczne posiada 30% mniej energii, w stosunku do tej, jaką wytwarza węgorz podczas wyładowania. Zostaje nam tylko czekać, aż naukowcy wynajdą sposób na gromadzenie energii pochodzącej od ryb elektrycznych i dalsze jej wykorzystanie przez człowieka.

Zjawiska rozpowszechnione wśród zwierząt od lat inspirują i zachwycają nie tylko przyrodników, ale również fizyków i matematyków, służąc im do analizy praw powszechnie występujących w świecie. Będąc teraz trochę bardziej świadomym tego, co nas otacza oraz tego, że wiele odkryć w świecie nauki ma swoje podłoże u podstaw natury, warto trochę bliżej przypatrzeć się napotkanym na swojej drodze zwierzętom, bo być może to nam uda się zauważymy coś, czego do tej pory nie udało się zaobserwować żadnemu odkrywcy. Słowem zakończenia, myślę, że warto pamiętać, iż „Świadectwem mądrości człowieka są muzea, biblioteki i wiedza osób wykształconych. Zwierzęta mają swoją mądrość we krwi.”


Natalia Zawrotna

studentka biologii