Оригинальный метод наблюдения за своеобразной водной тенью водомерок позволил физикам из Китая раскрыть секреты хождения по воде этих необычных насекомых и понять, как можно очень точно измерить массу любого плавающего объекта, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

“Поверхность ножек водомерок покрыта воскообразным материалом и устроена таким образом, что они очень сильно отталкивают воду. Нам удалось увидеть, как именно они работают, наблюдая за их тенью. К примеру, когда тень ножки перестает быть четкой, тогда насекомое поднимает ее ко рту и трет, покрывая новым слоем воска, и тень после этого становится снова четкой”, — рассказывает Юй Тянь (Yu Tian) из университета Цинхуа в Пекине (Китай).

Тянь и его коллеги, пытаясь понять, как можно измерить силу, с которой водомерки давят на поверхность воды, показали, что тень любого объекта, плавающего по поверхности, можно использовать для сверхточного измерения силы, с которой он давит на воду, и массы других измерений.

Как объясняет Тянь, физики довольно давно измерили физические свойства одиночных ножек этих насекомых, однако то, как работает все их тело в целом, оставалось для ученых тайной. По словам самого физика, решение этой проблемы пришло ему на ум достаточно случайно.

Однажды, рассказывает ученый, он сидел у пруда в одном из парков Пекина, наблюдая за движением водомерок. Тянь обратил внимание на необычную форму теней, которые отбрасывало насекомое на дно водоема. К примеру, оконечности ножек, если судить по теням, должны заканчиваться крупными каплеобразными выростами, однако их на самом деле не было.

Такие искажения, как предположил физик, возникали в результате искривления воды под весом водомерки. И в этот момент ему в голову пришла идея, что степень искривления тени можно использовать для сверхточного измерения силы Архимеда, помогающей насекомому удерживать себя на поверхности воды, и массы других физических параметров. Точность этих измерений такова, что, по словам Тяня, можно измерить изменения, равные одному пиконьютону (10 в минус 12-й степени ньютона).

“Геометрия тени, которую отбрасывает на воду объект, позволяет очень точно вычислить искривление поверхности воды под ним, и, соответственно, определить объем этой “лунки” и вычислить силу выталкивания, используя закон Архимеда. Все это можно измерить, используя фонарик, прозрачный сосуд, воду и простую камеру”, — рассказывает ученый.

Наблюдая за тенью, отбрасываемой водомеркой, Тянь и его команда поняли, что эти насекомые постоянно “смазывают” свои ноги водоотталкивающим воскообразным материалом для того, чтобы те не смачивались водой. По мнению физиков, это помогает им удерживать себя на плаву.

Как считает Тянь, данные наблюдений за водомерками, собранные его командой, могут помочь создать миниатюрных роботов и более крупные машины, которые могли бы использовать те же принципы для передвижения по воде.