Почему водомерка не тонет. Почему не тонет водомерка Почему водомерка

Прежде чем раскрывать секрет водомерок, необходимо вспомнить некоторые азы физических свойств воды. Как известно, воздушная и водная среды разделены особой пленкой поверхностного натяжения. На границе двух фаз силы притяжения, возникающие между молекулами воды, не уравновешены, т.е. сумма сил, которые действую вниз, оказывается в разы больше, чем сумма сил, действующих вверх. Благодаря этому плотность воды водоема получается чуть выше, чем в основном водном слое.

Но это еще не все! Молекулы, стремящиеся вниз, приводят к возникновению своеобразной эластичной мембраны, которая способна поддерживать на поверхности воды объекты плотностью выше оной. Однако здесь существует одно условие: эти объекты должны быть сухими. Если их смочить, то они самостоятельно притянут к себе молекулы воды, что нарушит структуру поверхностной пленки.

Любопытно, что эти удивительные физические свойства водной пленки используют в своих целях различные . Стоит перейти от физики к зоологии. Как известно, на границе двух сред обитания отличается весьма заметным преимуществом. Наиболее известными обитателями поверхностей водоемов являются, конечно же, водомерки.

Кто такие водомерки?

Это небольшие насекомые из отряда полужесткокрылых. Проще говоря, это клопы. Как и их сородичи, водомерки оснащены колюще-сосущим ротовым аппаратом (хоботком), который позволяет вводить в тело своей добычи специальные вещества, парализующие и разлагающие ее ткани. Это необходимо для того, чтобы высосать из жертвы готовый «бульон».

Водомерки – это хищные создания. Их основной пищей служат случайно упавшие на поверхность воды насекомые. Если будущий обед достаточно велик по своим размерам, то им могут полакомиться сразу несколько водомерок. Тем не менее, эти создания предпочитают охотиться и кормиться в одиночку.

Как водомерка удерживается на воде?

Эта нехитрая способность водомерок объясняется вышеописанными физическими свойствами воды. Всему виной так называемая сила поверхностного натяжения. Если кратко пересказать суть этого «фокуса», то получится следующее: в пограничном слое между воздухом и толщей воды находятся молекулы воды, на которые снизу (из глубины) действует сила, в несколько раз большая, чем сверху. Из-за этого на поверхности воды образуется некая тончайшая мембрана. Вот именно она и удерживает водомерку, которая с удовольствием ведет свою жизнедеятельность.

Находясь у водоемов, мы часто видим маленькое насекомое. Это водомерка. Относится она к отряду клопов. Этот отряд насекомых содержит более 700 различных видов. У каждого свой вид и окраска. Свои особенности существования.

Водомерка — название отлично характеризует этого малыша. Тельце напоминает мелкий прутик. Его длина не превышает 3 сантиметров. Благодаря длинным тонким лапкам она скользит по водной поверхности. Но только пока позволяет теплая температура. С приходом зимы водомерка ищет теплые убежища. Недалеко от водоемов они прячутся в теплых расщелинах коры.

Маленькая водомерка движется по воде, будто на маленьких коньках рассекает водную гладь. Легко и свободно. Так легко, что остается целой пленка натяжения воды.

Попадающиеся по пути небольшие препятствия не задерживают ее движения. Водомерка легко перепрыгивает через них, благодаря своим длинным лапкам. Если присмотреться к ее лапкам и тельцу, становятся заметными, что жесткие волоски на нем покрыты клейким веществом.

Оно необходимо для того, чтобы шерстинки не намокли в воде. А широко расставленные лапки помогают удерживать равновесие. Сноровка и стремительность так же зависят от мышц, которые находятся на лапках. Как и скорость ее скольжения.

Итак, ответили ли мы, почему все-таки не тонет водомерка? Надеюсь, что да. Ведь она все также скользит по водоемам.

Учебно-исследовательская работа

на тему «Почему водомерка не тонет»

Содержание

Введение………………………………………………………………3

Водомерка – это кто?.......................................................4

Рождение водомерки…………………………………………..5

Почему водомерка не тонет…………………………………6

Интересные факты о водомерках………………………..7

Научные достижения……………………………………………8

Практическое исследование……………………………….11

Вывод……………………………………………………………………12

Библиография………………………………………………………13

Приложение…………………………………………………………..14

Введение

Все мы видели на водной глади необычных насекомых, которые с легкостью скользят по поверхности воды. Конечно же, это водомерки. Они похожи на маленькие лодочки, ведь тело насекомого удлиненное, а цвет от коричневого до черного.

В начале сентября мы с папой и мамой поехали в лес на озеро. Стояла прекрасная осенняя погода. Водная гладь озера была покрыта опавшими листьями. Недалеко от берега на одном из листочков я увидел водомерку. Она спокойно сидела и грелась в теплых лучах солнца с десятками таких же водомерок. Я любил наблюдать за ними, каждый раз когда мы гуляли. Мне казалось, на листочке она только спала, а весь день-деньской бестолково бегала по воде вместе со своими друзьями и подружками. Чем больше я на них смотрел, тем больше у меня появлялось вопросов. Вот я и решил узнать о них все. Как живут, и для чего нужны в природе, но самый главный вопрос, который меня беспокоил – это почему они не тонут.

Цель работы: Выяснить, что помогает водомерке держаться на поверхности воды?

Задачи:

Изучить характеристику водомерки, познакомиться с их жизнью и деятельностью

Найти информацию о клопе-водомерке и о его способности передвигаться по поверхности воды.

Провести исследование явлений, позволяющих водомерке передвигаться по поверхности воды и не тонуть.

Выяснить значение названия водного клопа – водомерка.

Водомерка – это кто?

Почти всегда во время отдыха у воды приходится наблюдать небольшое насекомое с непомерно длинными лапками, которое очень быстро и ловко скользит по поверхности воды (рис. 1). Это клоп водомерка: само его название говорит об основном отличии этого вида от других подобных ему насекомых. Водомерку ошибочно принимают за паука, реже - таракана. Но стоит рассмотреть насекомое, как сразу становится ясно: перед вами клоп с характерным хоботком для высасывания добычи.

Клоп с необыкновенной сноровкой управляется со своими лапками и перемещается по воде, как конькобежец по льду. Раньше говорили, что клоп «меряет воду», из-за чего за ним и закрепилось широко известное название.

Для своей жизни клоп водомерка выбирает спокойные стоячие водоемы или реки с очень медленным течением. Благодаря своим удобным длинным лапкам, водомерка может с легкостью перемещаться не только по поверхности воды, но и по суше. Это дает клопу возможность жить у самой воды и выжидать там свою добычу.

В зимнее время водомерки не активны и впадают в спячку, обосновавшись вблизи своего водоема. С наступлением холодов водомерки покидают водоёмы и находят себе убежища под корой старых пней или во . С наступлением тепла они снова начинают прежнюю жизнь, активно размножаются. Встречается этот водный хищник повсеместно, кроме холодных климатических зон. В мире насчитывается около 700 видов водомерок. В нашей стране обитает четыре вида из них:

Большая. Большая достигает 17 миллиметров в длину. Это самый крупный водяной клоп в России. (рис. 2)

Панцирная. Распространён в европейской части России. (рис. 3)Длина тела 10-11,5 мм. Окраска тела тёмно-коричневого или бурого цвета.

Велия. Велия часто встречается в северных регионах. Здесь преобладают её бескрылые формы. Насекомые хорошо переносят холода и без проблем обитают в студёных ключах. (рис. 4)

Палочка. Клопы, имеющие сильно удлиненное, тонкое, палочкообразное тело и медленно передвигающиеся на поверхности спокойных пресных вод. Его еще называют медлительным.(рис. 5)

Рождение водомерки

Водомерки откладывают свои яйца на листьях водных растений, располагая их в один ряд" причем яйца связаны иногда слизистым веществом; такая кладка имеет вид длинного шнура, заключающего до 50 яиц. Кладки представляют просто цепочку яичек, расположенную вдоль края листа водного растения, причем яички лежат параллельно друг другу один ряд. Личинки выходят из яиц через семь дней. Поначалу они жёлтого цвета, затем становятся темными, как взрослые. (рис. 6). Личинка этого водного клопа во многом похожа на взрослую особь, но отличается более вздутым и коротким телом. Тело имеет светло-бурый или зеленоватый окрас. Она называется нимфой и питается той же пищей, что и взрослое насекомое. Питание личинки состоит из разных насекомых, обитающих возле водоёма, их личинок и яиц. Несмотря на миниатюрные размеры, личинка – настоящий хищник. После выхода из яиц личинки развиваются приблизительно месяц, постепенно увеличиваясь в размерах. (рис. 7) Проходят при этом пять стадий развития. На последнем этапе происходит линька. Брюшко после линьки собрано в крупные складки, которые распрямляются после сытной еды.

Почему водомерки не тонут

Три пары ног помогают своей хозяйке так легко бегать по водной глади, что мы удивляемся: как это у них так получается? Оказывается, на лапки водомерки одеты подушечки из густых волосков, которые покрыты жиром. Впрочем, и тело покрыто отталкивающими воду волосками, поэтому она всегда выходит из воды сухой.

Почему же не тонет водомерка? Во-первых, вспомним основное физическое свойство воды - силу поверхностного натяжения. На молекулы воды, находящиеся в пограничном слое между толщей воды и воздухом, действует снизу сила большая, чем сверху. Поэтому на поверхности образуется тончайшая водяная пленка. Она и держит водомерку. Во-вторых, большое значение в передвижении водомерок играют ноги. Они покрыты тысячами пушистых крошечных волосков, известных как микроволоски, которые задерживают воздух и образуют плавающую подушку.(рис. 8)

Эти иглоподобные нити в десятки раз уже человеческого волоса и защищены специальным воском. Каждая нить также покрыта упорядоченно расположенными микроскопическими каналами или нанобороздками. При намокании, бороздки удерживают крошечные пузырьки воздуха. В результате создается эффективный водонепроницаемый или гидрофобный барьер. Используя в своих интересах природное поверхностное натяжение самой воды, водомерка остается сухой.

А благодаря широкой расстановке ног, вес тела водомерки распределяется на значительной поверхности: совершенно таким же образом лыжник держится на рыхлом снегу благодаря длинным лыжам. Узкое длинное тело при быстрых молниеносных движениях великолепно разрезает воздух. Впрочем и тело водомерки покрыто специальным чешуйчатым покровом, также защищающим от смачивания. Но вот если начинается дождь, то водомерке, чтобы не утонуть, приходится покидать водную поверхность и искать укрытие. Передние ноги водомерки являются «двигателем», обеспечивающим изменение скорости. Средние и задние ноги в полтора-два раза превышают длину тела самого клопа и используются как надежная опора и поворотный механизм, а также для совершения прыжков. Более того, большое значение играют размеры водомерки. Как известно, с уменьшением линейных размеров объектов, значительным образом меняются и силы, которые на них действуют. В частности, при уменьшении водомерки в 10 раз, капиллярные силы, удерживающие её на поверхности воды, уменьшаются также в 10 раз (т.к. они пропорциональны линейному размеру водомерки). В то же время, сила тяжести уменьшается в 1000 раз (т.к. она пропорциональна уже не линейному размеру, а объему водомерки). Таким образом, в микромире капиллярные силы оказывают значительно большее влияние, чем силы тяжести, и не позволяют водомерке утонуть. (рис. 9).

Интересные факты про водомерок

Водомерки неплохо прыгают, если на пути преграда. Передние ноги (они короче остальных ног) служат им для хватания пищи, двигателем при передвижении, а ещё – для драки. Да, да, не удивляйтесь, эти малыши умеют постоять за свою еду. Не поделив лакомый кусочек, несколько забияк с разгона сцепляются передними конечностями, потом, не удержавшись, падают и катаются на поверхности воды. Самая ловкая и хитрая водомерка уносит добычу в укромное местечко, пока другие возятся между собой. 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. С наступлением холодов крылатые водомерки подготавливаются к зимовке на суше. В этот период мышцы, отвечающие за подъем крыльев, атрофируются, а сами крылья отваливаются, и взрослая особь становится бескрылой.

Недавно ученые обнаружили интересную и полезную особенность клопов водомерок: оказывается, эти насекомые играют большую роль в сокращении численности слепней. Самки слепней откладывают яйца в воду, здесь же развиваются и их личинки. Водомерки с одинаковой охотой нападают и на взрослых мух, и на личинок.

В водоеме, где живут эти небольшие клопы, можно купаться без опасения, а в свободное время понаблюдать за бесконечной беготней клопов по воде, напоминающей беспорядочный танец.

Более агрессивные представители вида обитают в тропиках. Там водяные клопы охотятся на мелких рыб и кусают людей. В Таиланде эти насекомые, помимо хоботка, оснащены жалом. Боль от укуса можно сравнить с укусом пчелы или осы. Укушенная конечность немеет. Болевые ощущения сохраняются до часа. Обычно такая встреча с насекомым проходит для человека без последствий.

Научные достижения

Водомерка является уникальным насекомым. Имея длину около двух сантиметров и вес порядка шестидесяти восьми миллиграммов, она способна скользить и прыгать по воде без каких-либо всплесков. Тело и ноги водомерки покрыты особыми несмачиваемыми волосками, позволяющими насекомому продвигаться по водной поверхности как по плотной мембране.Исследования водомерок могут помочь в создании миниатюрных плавающих роботов, которые могут следить за качеством воды. Кроме того, добавление невидимого слоя из микроволосков может привести к появлению новых водоотталкивающих тканей и красок. Группа робототехников из Сеульского университета под руководством профессора КиучинаЧо, тщательно изучив строение и поведение водомерок, создали миниатюрных роботов, которые способны скользить по водной глади точно так же, как и удивительные насекомые. Миниатюрный робот имеет 2-сантиметровое тело и 5-сантиметрые ноги из тонких проводов, покрытых слоем водоотталкивающего материала. Он весит всего лишь 68 миллиграммов и может подпрыгивать более чем на 14 сантиметров в воздух. Более того, он прыгает одинаково хорошо как на твердой поверхности, так и на воде. По словам исследователей, они просто очарованы этими маленькими существами. «Поверьте, но создавать такой робот куда интереснее, чем, скажем, роботизированную собаку или птицу. Водомерки удивительны. Именно поэтому мы пришли к решению воспроизвести их уникальный механизм передвижения в роботизированном устройстве», – сообщил Чо корейским журналистам. (рис. 10)

В процессе изучения водомерок инженеры установили, что во время прыжков ножки насекомого ускоряются постепенно – таким образом, поверхность воды отступает не сразу, и контакт с ней не теряется. Как выяснилось, максимальная сила давления конечности водомерки всегда несколько ниже, чем сила натяжения воды. По этой причине водомерка не может утонуть.

При изготовлении миниатюрного робота ученые использовали механизм разворота. Сила отталкивания устройства от воды увеличивается постепенно, что не позволяет роботу утонуть. Замедленная съемка на видео ниже демонстрирует, что в момент прыжка этот - искусственная водомерка подгибает внутрь свои ноги, чтобы увеличить силу толчкового импульса. Многочисленные опыты корейцев показали, когда поверхность воды находится в целом состоянии, она может выдержать давление, оказываемое шестнадцатью механическими водомерками, для которых водная гладь становится настолько же прочной, как и суша.

Сотрудники Гарвардского университета, предоставившие корейским коллегам определенную поддержку, посчитали, что полученная технология может в будущем быть применена на практике. По словам американцев, более массивные и проворные роботы-водомерки можно, например, будет спускать на воду после кораблекрушений, программируя их на поиск

Устройство водомерок и поведение далеко не просты. Наоборот, эти насекомые показывают сложный творческий дизайн и дают ученым практические идеи для создания множества новых продуктов.

У нас еще нет обуви, которая позволяла бы нам с легкостью ходить по поверхности воды как это делают водомерки, но вы только представьте, какие бы это дало нам возможности!

Практическое исследование.

В энциклопедиях я прочитал все, что касалось жизни водомерок, но этого мне показалось мало. Теперь, когда я смотрел на водомерку, я представлял их жизнь. Видел, как бегает всю свою короткую жизнь и не думает – "Зачем живет на этом свете?". Недаром их называют водомерки. Возможно смысл жизни – мерить воду. А чем ее мерить? Ведь не ни линейки, ни метра... Остается мерить шагами. Вначале она измеряла расстояние от своего листика кувшинки до соседнего листика, наверное, где жила ее подружка. Но водомерка не успокоилась на этом. Она решила померить расстояние от одного берега озера до другого. Вернулась она на свой листик, когда уже смеркалось. На следующий день она измеряла длину озера, и так продолжалось пока, я следил за ними. Итак, Водомерка от слова мерить, теперь мне понятно. И хотя на первый взгляд, кажется, что они по-прежнему так же бестолково бегают по воде, знайте – это не так. Они меряют воду....

Продолжая наблюдать, я дальше стал проводить исследование и опыты. Стараясь не шуметь и не делать резких движений, мама зачерпнула ведром воду с водомеркой. Оказавшись в ведре, водомерка стала делать попытки выпрыгнуть. Она хаотично двигалась по поверхности и совершала высокие прыжки. Было видно, что насекомое желает вернуться в привычную среду. Весь день я наблюдал за ней. Когда водомерка немного успокоилась, я смог изучить пойманный экземпляр. Это оказалась водомерка панцирного вида, тело около 1 см, 6 лапок, 2 передние, 2 средние, 2 задние. Передние лапки самые короткие. Зная, что данное насекомое является хищником и питается мелкими насекомыми, я решил провести несколько опытов. Для начала был пойман мелкий паучок и помещен в ведро к водомерки. Помимо хорошего зрения, водомерки также передают и получают информацию через колебания водной поверхности. Водомерка сразу заинтересовалась новым соседом, но быстро интерес прошел. Потом к ней был помещен черный муравей. Одно желание водомерки было выбраться из ведра, которое вскоре было исполнено. Водомерка вернулась в свой родной пруд.

Вывод

Итак, жизнь в воде, она отличается от жизни на суше. Прежде всего, вода более плотная среда, чем воздух, и передвигаться в ней сложнее. Поэтому насекомое, которому необходимо плавать быстро, должно иметь обтекаемую форму тела, гладкие, словно полированные, покровы и сильные ноги-весла. Всем этим природа наделила хищного клопа - водомерку. Словно фигурист скользит по воде водомерка. Её и так малый вес распределяется на все широко расставленные ноги, ещё больше уменьшая давление на воду. Благодаря чешуйкам, отталкивающим молекулы воды, водомерка использует поверхностное натяжение воды как конькобежец лед. Узкое длинное тело почти не оказывает сопротивления воздуху, а сильные мышцы ног делают водомерку непревзойдённым бегуном. Водомерка прекрасно приспособлена, чтобы настигать добычу, упавшую на поверхность воды. Она очищает воду от умерших мелких животных и насекомых.

В своей работе я достиг свою цель, и нашел ответы на все свои вопросы.

Лишь малая часть насекомых (около 1%) наносит невольный ущерб деятельности человека. В большинстве же своем насекомые играют важнейшую роль в поддержании экологического равновесия на Земле, а значит, и в жизни человека. Поэтому, давайте уважать и беречь наших братьев младших.

Библиография

Приложение

Приложение:

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок9

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Клоп водомерка представляет группу насекомых, которые живут на воде. Чтобы оставаться на поверхности водоема, жук имеет особое строение: длинные лапы, узкое и немассивное туловище. Стремительное передвижение водомерки и отсутствие возможности утонуть – эти факторы обусловлены структурой воды (поверхностное натяжение).

Основной секрет насекомого данного вида, благодаря которому оно остается на поверхности воды, заключается в равномерном распределении массы тела. Для этого предусмотрены лапы разной длины, что позволяет компенсировать перевес с нужной стороны. Задумываясь, почему клопы водомерки не тонут, следует знать, что плотность воды не позволяет легчайшему клопу утонуть. Еще одним фактором, обеспечивающим возможность скользить по воде, является наличие непромокаемых волосков на лапках и прослойка жира на брюшке.

Образ жизни

Жук передвигается по поверхности воды посредством двух пар задних лап, они имеют наибольшую длину. Передние ноги предназначены для удержания пойманной добычи, также клоп с их помощью меняет направление движения, задает нужную скорость. Обитают клопы водомерки в прудах, реках, озерах, морях. В зависимости от вида насекомое может иметь возможность летать с места на место.

Водяные клопы способны перескакивать препятствия. Если необходимо, жук будет скользить и преодолевать любые преграды на протяжении сотен метров пути. В большей мере это касается морских насекомых. Водомерка прудовая и озерная обитает в пределах одного водоема и старается не удаляться от берега на большие расстояния.

Группа жуков водомерок, нападающих на слепня

Питаются клопы разнообразно: мелкие насекомые, беспозвоночные, мальки рыб. Чтобы поймать добычу, водомерки могут покинуть водную гладь и отправиться на сушу. На берегу они также ловко передвигаются, как и в водоеме. Зимой насекомые спят, возвращаясь к активной жизни лишь ближе к весне. Этот период проходит на суше. А главный их враг – рыбы.

Нюансы жизненного цикла

Личинка клопа

Клоп откладывает яйца, для чего он выбирает определенные места в водоеме. Чаще всего это листья водных растений. Способ гнездования у насекомых этого вида своеобразный – они располагают будущее потомство в ряд.

Иногда можно встретить одиночную или групповую кладку насекомых. Часто для крепления яиц они используют слизистое вещество выделяимое ими при кладке.

Кладка производится на протяжении всего летнего периода. Их количество может достигать 50 шт. Появившиеся личинки внешне походят на взрослых особей, за исключением некоторых особенностей: небольшие размеры, несколько иная форма тела. На начальной стадии развития питаются также: насекомые, беспозвоночные.

Личинки питаются той же пищей, что и взрослые особи

Внешний вид

Насчитывается около 700 видов таких насекомых, живущих в водоемах. Соответственно, внешние признаки могут существенно отличаться: окрас, особенности строения и даже образ жизни. Если рассматривается водомерка обыкновенная, о ней можно сказать следующее: продолговатое тело до 3 см в длину; 3 пары ног разной длины; довольно крупные глаза; непромокаемые ворсинки на лапках; чувствительность клопа обеспечивается усиками, расположенными на голове.

Длина тела — от 1 до 3 сантиметров. Также у жука есть 3 пары тонких ног различной длины.

Питается он с помощью хобота, посредством которого происходит высасывание добычи. Некоторые разновидности этой группы имеют крылья. Окрас клопов также меняется в зависимости от вида: от светло-серого до темно-бурого цвета. Встречаются и зеленые водомерки.

На голове жука расположены чувствительные усики, они выступают в роли органа обоняния и осязания.

Обзор наиболее распространенных видов

Клопы, живущие на поверхности воды, встречаются чаще всего в нескольких разновидностях:

1. Медлительная палочковидная водомерка. Из названия можно догадаться, почему это насекомое носит такое название. В действительности же клоп настолько тонкотелый, что и правда напоминает палочку. Данный вид распространен в Сибири и некоторых странах Европы.
2. Прудовая – крылатое насекомое. Основное отличие заключается в ярком окрасе.
3. Водомерка большая. Характеризуется крупными размерами (до 17 мм), имеет крылья.

В тропических странах можно встретить еще более крупных представителей семейства. Они питаются мелкой рыбой и способны больно укусить человека.

Вред и польза

Это один из видов насекомых, которые не нападают первыми на человека. Однако если их потревожить, вполне могут укусить. Место прокола обрабатывать не нужно. Учитывая особенности питания, можно догадаться, почему эти клопы могут нанести вред: они поедают не только насекомых, но охотятся на мальков рыб. Если речь идет о редких видах, то могут нанести серьезный урон популяции водоплавающих.

Дополнительно клопы очищают водоем от мертвых насекомых после зимнего периода. Еще одна особенность заключается в том, что они поедают слепней. Это приводит к сокращению их количества. Клопы нападают на взрослых особей и личинки. Чтобы убить слепня, насекомые объединяются в группы.

Нужно ли бороться с водомерками?

Клопы, которые не тонут, передвигаясь по воде, не приносят вреда, если только речь не идет о рыбных хозяйствах по разведению редких водоплавающих. В остальных случаях водомерки являются достаточно важными насекомыми. С их помощью водоем поддерживается в чистоте, так как эти клопы убирают мертвых насекомых, будь то мертвый жук, пчела и пр. Дополнительно такие насекомые регулируют численность слепней, а значит, занимают важное место в цепи питания и бороться с ними нет никакой необходимости.водомерки