Хвилі на поверхні води та їх відображення

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Поверхностные волны на воде во многом, вплоть до под­робностей, схожи со звуковыми волнами в воздухе, а также со световыми волнами. Если, однако, не касаться их роли в качестве моделей замедленного волнового движения, мы мало интересуемся волнами на поверхности воды и уж во всяком случае не считаем их способными переносить инфор­мацию. Кому придет в голову пытаться переговариваться через океан при помощи поверхностных волн? Эти волны слишком быстро замирают и их очень легко спутать с есте­ственными волнами, возникающими под действием ветра или течений. От листа, упавшего на неподвижную поверх­ность воды в пруду, побегут круги, но можно ли надеяться обнаружить их с расстояния в сотню футов? Однако, исходя из их сходства с звуком и со светом, мы можем ожидать, что поверхностные волны на воде, изучаемые нами в физической лаборатории, также в какой-то степени способны перено­сить информацию. Если поискать в природе, то можно найти подтверждение этого. И действительно, изучение водяного жука (вертячки) позволяет рассмотреть с единой точки зрения волны в водяной ванне и работу самых сложных радиолокаторных установок.

Вертячки — обычные жители небольших прудов и спо­койных ручьев. Эти водяные насекомые часто ныряют и плавают под водой, но легче всего их увидеть, когда они носятся по поверхностному слою воды. Они достаточно легки и под­держиваются поверхностным натяжением воды, в основном благодаря волосяному покрову, который покрыт у них не-смачиваемым воскообразным веществом. Их способность держаться на воде легко смогла бы увести нас к вопросам о поверхностном натяжении и о том, почему вода — един­ственная жидкость, на поверхности которой могут держать­ся водяные жуки. Но этот вопрос хорошо освещен в другой книге данной серии.

Для нас больший интерес представляет тот факт, что во­дяные жуки используют поверхностные волны для того, чтобы узнавать о близости границы поверхности воды. У них есть глаза и они во многих случаях пользуются зрением, но ночью или во время лабораторных опытов, проводимых в темноте, все же ухитряются ловко избегать столкновений со стенками аквариума и друг с другом. В 1920 г. немецкий биолог Фридрих Эггерс тщательно изучал этих жуков. В от­личие от большинства других насекомых, эти жуки имеют усики (антенны) особой формы, наиболее приспособленной для плавания на поверхностной пленке воды. Многочислен­ные волоски расположены параллельно друг другу как раз под таким углом, что они плавают на поверхностной пленке. Еще более специально назначение волосков, покрывающих второе от основания сочленение усика. Они не только соз­дают плавучесть: у их основания находятся чувствительные нервы, возбуждаемые при самых малых перемещениях во­лосков относительно тела жука. Основываясь на микро­структуре этих волосков и нервов (рис. 5), Эггерс выска­зал предположение, что они служат для обнаружения дви­жений водной поверхности, и приступил к соответственным прямым опытам. У некоторых особей он повреждал вторые сочленения усиков, срезая на них волоски, у других — повреждал только нервы, ведущие от оснований этих волос­ков к центральной нервной системе насекомого. Когда затем поврежденных насекомых выпускали на поверхность воды в темноте, они беспорядочно двигались подобно птице, бью­щейся об оконное стекло, и в своих случайных блужданиях наталкивались на стенки аквариума.

Водяной жук и восприятие им поверхностных волн и эхо

Другие опыты показали, что органы чувств насекомого способны воспринимать очень слабые колебания. Некоторые насекомые, по строению очень похожие на вертячку, могут обнаруживать при помощи чувствительных нервов, связан­ных с тонкими волосками на поверхности тела, ничтожные перемещения порядка 4*10^-9см. Таким образом, нет ничего удивительного в том, что водяные жуки способны ощущать поверхностные волны, вызываемые их собственным плава­нием или беганьем по поверхности воды. Что действительно поражает — это их способность отличать сотрясения, вызы­ваемые отраженными волнами, от всех других колебаний, которые должны воздействовать на те же волоски и чувстви­тельные нервы. Возможно, что жуки в значительной мере обходят это затруднение тем что они обычно плавают с перерывами, делая частые паузы, во время которых, быть может, и происходит восприятие «реверберации» поверхно­стных волн, вызванных за долю секунды до этого движением жука. Однако после Эггерса никто больше пока еще не за­нимался изучением навигации водяных жуков; это говорит о перспективах, которые еще могут раскрыться перед тер­пеливыми и изобретательными  учеными-биофизиками.

В следующих главах я подробнее опишу более известные примеры получения большого количества сведений путем восприятия эхо как животными, так и человеком; станет ясно, что органы чувств и мозг живых существ способны обнаруживать эхо, на первый взгляд слишком слабые, чтобы их можно было как бы то ни было использовать. Суть дела в том, что оказывается возможным различить или отсеять слабые, но полезные эхо от гораздо более интенсивных волн того же типа, но которые для цели, преследуемой данным животным, интереса не представляют. Тонкость распозна­вания самых различных явлений нервной системой живого существа превосходит соответственную способность искус­ственных механизмов. В следующей главе будут описаны доступные читателю опыты, показывающие, как человече­ское ухо и мозг различают звуки разных видов, включая и эхо.

• ← Луна, яку ми рідко помічаємо
• Луна чутних звуків у повітрі →