Gerai įsižiūrėkite į artimiausios kūdros paviršių ir tikriausiai pamatysite šimtus vandeninių čiuožikų, čiuožinėjančių vandens paviršiumi ilgomis, plonomis kojomis. Nuo ko priklauso tikslus šių vabzdžių kojų ilgis? Nauji skaičiavimai parodė, kad evoliucija jų kojų ilgį optimizavo. Jos yra tokio ilgio, kad palaikytų maksimalų įmanomą svorį virš vandens nesukuriant nereikalingos trinties, teigiama sciencemag.org.
Vandeninius čiuožikus virš vandens laiko paviršiaus įtempimas. Vandens molekulės viena kitą traukia, todėl paviršius įsitempia lyg būgno membrana ir gali išlaikyti svorį objekto, kuris gali būti tankesnis už vandenį. Be abejo, tas objektas turi būti lengvas ir platus, kad jo svoris pasiskirstytų paviršiuje. Štai dėl ko vandeninių čiuožikų kojos yra tokios ilgos. Dar nuo Galilėjaus laikų mokslininkai tyrinėjo šį reiškinį, o fizikai analizavo tokių objektų, kaip vandeninių čiuožikų kojos, paprastus modelius – baigtinio ilgio lazdeles arba baigtinio ilgio nelanksčias paviršiumi plūduriuojančias lazdeles. Bet visi šie skaičiavimai negalėjo atsakyti į klausimą: nuo ko priklauso tai, kokio būtent ilgio turi būti vandeninio čiuožiko kojos?
Mokslo įstaigos École Normale Supérieure (Prancūzija) mokslininkas Dominicas Vella nusprendė išsiaiškinti. Norėdamas tai padaryti jis į skaičiavimus įtraukė paprastą, bet būtiną veiksnį. Jis modeliavo kojas kaip baigtinio ilgio lazdeles, kurios, kaip ir tikro vandeninio čiuožiko kojos, galėjo lankstytis. Tas gebėjimas šiek tiek sulinkti viską pakeitė. Paspauskite nelanksčią lazdelę ir ji panirs po vandeniu. Todėl bendra aukštyn nukreipta jėga yra lygi paviršiaus įtempimo jėgai padaugintai iš lazdelės ilgio ir masė, kurią gali palaikyti lazdelė, tiesiog didėja su jos ilgiu.
Lanksčios lazdelės atveju viskas yra kitaip. Įsivaizduokite vaiką, baseine plaukiojantį ant ilgo, siauro putplasčio gabalo, vadinamo baseino makaronu, kurį paviršiuje išlaiko jo plūdrumas, o ne paviršiaus įtempimas. Vaikui nusliuogus į vieną plūduro galą, tas galas šiek tiek panyra po vandeniu, o priešingas galas iškyla virš vandens. Plūdrumo aukštyn nukreipta jėga mažėja tolstant nuo vaiko. O toje vietoje, kur plūduras iškilęs virš vandens, aukštyn nukreipta plūdrumo jėga tampa lygia nuliui, nes vanduo negali kelti to, ko neliečia. Pasak D.Vella, kažkas panašaus vyksta ir su lanksčia lazdele, kurią virš vandens išlaiko paviršiaus įtempimas.
D.Vella sukūrė lygtį, kuria apskaičiuojama kiek gali išlaikyti paviršiaus įtempimas esant įvairių ilgių lanksčiai lazdelei (čiuožikų atveju - kojai). Esant labai nedideliems ilgiams koją galima laikyti nelanksčia, todėl ją ilginant didėja jos išlaikomo svorio kiekis. Bet tam tikrame taške – kuris priklauso nuo kojos išlenkimo kampo ir išlenkimo elastingumo – lazdelės (kojos) ilginimas priverčia ją ženkliai sulinkti. Tai padidina judėjimo trintį, bet nedidina virš vandens galinčio išsilaikyti objekto svorio. Tuomet D.Vella išmatavo vandeninio čiuožiko kojas ir nustatė, kad jos yra vos trumpesnės už šį kritinį ilgį, skelbiama leidinyje „Langmuir“. „Evoliucija išbando šį ilgį“, - sakė mokslininkas.
Kiti mokslininkai buvo iškėlę hipotezė, kad lazdelės lankstumas gali padidinti paviršiaus įtempimo keliamąją jėgą, tačiau D.Vella lygtis tiksliai parodo kaip optimizuoti įvairių ilgių ir prigimčių linkstančių objektų krūvį, teigia Carnegie Mellon universiteto (JAV) mechanikos inžinerijos specialistas Metinas Sitti. M.Sitti tingia, kad jo vadovaujama mokslininkų grupė jau pagamino įvairių dydžių robotų, kurie, pasinaudodami paviršiaus įtempimo jėga, vaikščioja vandens paviršiumi, bet šiems mokslininkams bus naudinga žinoti matematinę šių fizikos dėsnių išraišką.