Proč se bruslařka neutopí a jak se vlastně pohybuje? Dokonalé video vysvětlí vše

Ježíš by chůzi po vodě nezvládl

Bible v Matoušově evangeliu praví: „Loď byla daleko od země a vlny ji zmáhaly, protože vítr vál proti ní. K ránu šel k nim, kráčeje po moři. Když ho učedníci uviděli kráčet po moři, vyděsili se, že je to přízrak, a křičeli strachem. Ježíš na ně hned promluvil a řekl jim: „Vzchopte se, já jsem to, nebojte se!“ Ani hladina extrémně slaného, a tedy extrémně hustého Mrtvého moře na hranicích Jordánska a Izraele by neunesla průměrně těžkého muže. Styčná plocha chodidel a hladiny je vzhledem k váze příliš malá a Ježíš by to "neustál". Fyzika se "okecat" nedá, její zákony se prostě dějí. Prostě člověk bez pomoci plováků po hladině chodit nemůže. Jak je možné, že to jde některým druhům hmyzu a jiným ne? Nádherným příkladem jsou vodní ploštice – vodoměrky a bruslařky.

Rychlost vodoměrky – 600 km za hodinu

Existenci povrchového napětí vody nelze popřít, důkazem je každá z vodních ploštic, ať už se jedná o vodoměrky, nebo bruslařky, elegantně se pohybující po hladině. Při detailním pohledu je vidět, že v místě doteku nohy s hladinou je maličká prohlubeň. Přesto se ale noha do vody nepotopí. Když velmi opatrně položíte na vodní hladinu jehlu, taky se, dokud nedojde k otřesům a zvlnění hladiny, nepotopí.

Vodoměrky dovedou na vodě skotačit, pářit se, lovit a při tom všem obratně klouzat po vodní hladině. Trik je v ukončení nohou vodoměrek. Na styku s hladinou se nacházejí tisíce chloupků měřících pouhých 50 mikrometrů a navíc jsou vybaveny miniaturními vzduchovými kapsami. Je to podobné, jako kdyby měly pod nohama malé vzduchové balonky, které je nadnášejí. Styk s hladinou, a tedy i tření, je naprosto minimální. „Oproti ostatním tvorům plovoucím na hladině to vodoměrkám přináší obrovskou konkurenční výhodu: za vteřinu dokážou urazit několik set délek svého těla. Je to stejné, jako kdyby se člověk řítil bazénem rychlostí přes 600 kilometrů za hodinu,“ píše Ludvík Reiter v Lidových novinách.

Třetí Newtonův zákon

Akce a reakce – to je podstata třetího Newtonova zákona. Logika je jednoduchá. Pokud se chce vodní ploštice odrazit, aby se posunula vpřed, musí zatlačit nohu silou do podložky směrem dozadu. Vtip je v tom, že hmyz musí zatlačit rychlostí alespoň 25 cm za sekundu, aby vyvolal tzv. kapilární vlnu, která dospělou bruslařku posune vpřed. Jenže jak se pohybují mladí, malí jedinci, kteří něco takového nedokážou?

Dennyův paradox

Časopis Journal of Fluid Mechanics v článku s názvem The hydrodynamics of water-walking arthropods vysvětluje, jak se mladé bruslařky vlastně pohybují. Entomolog Mark Denny už před časem přemýšlel nad tím, jak je možné, že se malé bruslařky pohybují, když nedokážou vyvolat kapilární vlnu. Otázka vešla ve známost jako Dennyův paradox. Vědci nemají rádi otázky bez odpovědi, a tak se ji jali hledat.

Snímání pohybu malých bruslařek vysokorychlostní kamerou odhalilo zajímavý jev – miniaturní víry za jejich nohama. Ukázalo se, že právě ty umožňují pohyb, tedy „tlačí“ bruslařky po hladině. Definitivní důkaz přinesl robot simulující pohyb malých vodních ploštic a zároveň umožňující měřit sílu vírů. Zatímco dospělé ploštice se od vody „odrážejí“, malé „veslují“. Vodáci vědí, že se jim za vesly i pádly tvoří malé víry. Jak dokonale a elegantně zvládají vodní ploštice pohyb po hladině, sledujte tomto videu.

Text: Topi Pigula