In 1832, Charles Darwin a fost martor la aterizarea a sute de paianjeni balonizati pe HMS Beagle, la aproximativ 100 km de coasta. Balonizarea este un fenomen cunoscut cel putin de pe vremea lui Aristotel — si imortalizat in clasicul pentru copii Panza lui Charlotte al lui E.B. White — dar oamenii de stiinta au facut progrese abia recent in ceea ce priveste mai buna intelegere a fizicii care sta la baza acestuia.

Charles Darwin

Charles Darwin

Acum, fizicienii au dezvoltat un nou model matematic care incorporeaza toate fortele diferite care intra in joc, precum si efectele firelor multiple, potrivit unui articol recent publicat in revista Physical Review E., Autori M. Khalid Jawed (UCLA) si Charbel Habchi (Notre Dame University-Louaize) si-au bazat noul model pe un algoritm de grafica pe calculator utilizat pentru a modela blana si parul in filme de succes precum „Hobbitul” si „Planeta maimutelor”. Lucrarea ar putea contribui intr-o zi la proiectarea unor noi tipuri de senzori cu baloane pentru explorarea atmosferei.

Exista ipoteze concurente cu privire la modul in care paianjenii crab sunt capabili sa pluteasca in aer. De exemplu, o propunere presupune ca, pe masura ce aerul se incalzeste odata cu rasaritul soarelui, firele de matase pe care paianjenii le emit pentru a-si invarti „parasutele” prind curentii de convectie ascendenti (curentul ascendent) care sunt provocati de gradientii termici. O a doua ipoteza sustine ca firele au o sarcina electrica statica care interactioneaza cu campul electric vertical slab din atmosfera.

Erigone sp.

Erigone sp.

Studiile experimentale au explorat ambele ipoteze cu privire la paianjenii balonizatori. De exemplu, un studiu din 2018, publicat in Current Biology, a constatat ca paianjenii par a fi capabili sa detecteze campurile electrice in conditii atmosferice naturale. Acest lucru declanseaza comportamentul de balonizare, sugereaza studiul, iar campurile electrice ofera suficienta forta pentru a genera ascensiune.

Mohammad Khalid Jawed

Mohammad Khalid Jawed

Un al doilea studiu din 2018, publicat in PLOS Biology, a relatat despre experimentele cu paianjenii crab care se balonizeaza. Coautorul Moonsung Cho, inginer aerodinamic la Universitatea Tehnica din Berlin, a fost inspirat dupa ce a observat mai multi paianjeni salbatici care se balonizeaza in timpul unei plimbari prin Parcul Lilienthal din oras. El si colegii sai au construit o platforma in aer liber si, unul cate unul, au asezat pe platforma o cativa paianjeni crab pe care ii prinsesera, inregistrand video comportamentul lor de balonizare. Platformele au emis o pulbere fina, astfel incat viteza si directia vantului sa fie vizibile. De asemenea, au efectuat experimente similare intr-un tunel de vant, cu o mulineta plasata in spatele paianjenilor de pe platforma pentru a derula liniile de matase pulverizata ca si cum ar fi fost o linie de pescuit.

Cho si echipa au descoperit ca paianjenii pareau sa testeze conditiile inainte de a decola, ridicand in aer unul sau doua picioare din fata. Daca vantul era suficient de slab (aproximativ 3 metri pe secunda), paianjenii se intorceau apoi, stateau pe „varful picioarelor” si isi ridicau abdomenul spre cer. Apoi, ei aruncau mai multe fire de matase care formau o parasuta triunghiulara. In timpul acestui proces, paianjenii se ancorau de sol cu o linie de tractiune si se desprindeau doar dupa ce parasuta incepea sa ii duca in aer.

Charbel Habchi

Charbel Habchi

Cho si colegii sai au determinat, de asemenea, ca firul mediu de matase de paianjen masoara 3,5 metri lungime si are un diametru de doar 200 de nanometri (mai putin decat lungimea de unda a luminii vizibile). La aceste scari, a declarat Cho pentru The Washington Post, „aerul este foarte lipicios, ca mierea”. El a concluzionat ca combinatia dintre aerul lipicios si firele inguste este ceea ce le ofera paianjenilor suficienta altitudine pentru a se inalta prin aer.

Au existat, de asemenea, studii de simulare care au implicat un singur fir. Cu toate acestea, nimeni nu a simulat inca efectele mai multor fire asupra balonizarii, luand in considerare efectul fortei de respingere electrostatica asupra formei firelor, precum si viteza de balonizare. Jawed si Habchi si-au propus sa corecteze aceasta lacuna din literatura de specialitate.

Moonsung Cho

Moonsung Cho

Ei au folosit un algoritm care, in esenta, imparte fiecare fir de matase in mai multe segmente asemanatoare unor suvite de spaghete, toate acestea putand sa se indoaie, sa se intinda si sa se rasuceasca. Intr-o adevarata maniera a fizicienilor, ei au modelat un paianjen Erigone ca pe o sfera, masurand 2 milimetri in diametru. Diferite variante ale simularii aveau fie doua, patru sau opt fire atasate in partea de sus a paianjenului-sfera, iar modelul a presupus ca firele erau acoperite cu sarcini electrice.

simulare balonizare

Procesul de balonizare descris intr-o noua simulare numerica 3D pentru un paianjen care utilizeaza (a) doua fire, (b) patru fire si (c) opt fire.

Jawed si Habchi au incorporat in modelul lor si alti cativa factori: gravitatia, campul electric atmosferic, sarcina electrica a firelor si frictiunea (rezistenta aerului) pe fire. Conform APS Physics:

„In cadrul simularilor, paianjenul porneste din repaus pe sol si este ridicat de campul electric. In timp ce firele incarcate, initial drepte, raman atasate de paianjen, repulsia lor reciproca face ca acestea sa se departeze intr-o anumita perioada de timp. Pe masura ce paianjenul accelereaza in sus, rezistenta in jos creste si — combinata cu greutatea paianjenului — anuleaza in cele din urma forta de ridicare. Aceasta competitie intre fortele ascendente si descendente determina viteza ascendenta finala (de ‘decolare’) a paianjenului.”

Simularile au aratat ca firele multiple nu s-au incurcat atunci cand au fost incarcate. „Credem ca, cel putin pentru paianjenii mici, campul electric, fara niciun ajutor din partea curentilor de aer ascendenti, poate provoca balonizarea”, a declarat Habchi, adaugand ca paianjenii mai mari ar avea nevoie de un impuls din partea fluxului de aer ascendent. Vitezele verticale (8,5 cm/s) au fost in concordanta cu studiile experimentale recente, iar sarcinile electrice distribuite uniform pe fir sau doar la varf au fost la fel de capabile sa genereze portanta.

Traducere si adaptare dupa arstechnica.com.

Recent Posts

Leave a Comment

Tinem legatura?

Daca doriti sa ma contactati, imi puteti trimite un mail folosind formularul de contact de mai jos.

Not readable? Change text. captcha txt
gravitatie, fizica cuantica, teoria gravitatieirobert young