Может ли муравей поднять яблоко

Physicinweb

Чудовища и закон масштаба

Рассмотрим пример. Если бы Кинг-Конг существовал на самом деле, он никак не мог бы терроризировать Нью-Йорк. Наоборот, при первой же попытке шагнуть у него сломались бы ноги. Дело в том, что, если взять обезьяну и увеличить ее пропорционально в десять раз, ее вес при этом увеличится пропорционально объему, т.е. в тысячу раз (10 х 10 х 10 = 1000). Итак, обезьяна стала в тысячу раз тяжелее. Но ее сила увеличилась пропорционально толщине костей и мускулов. Площадь сечения костей и мышц увеличивается пропорционально квадрату линейной величины, т.е. вдесятеро (10 х 10 = 100). Другими словами, если Кинг-Конг будет в 10 раз больше обычной обезьяны, то он будет превосходить ее силой всего в сто раз, а весить в тысячу раз больше. Таким образом, при увеличении размера обезьяны вес растет гораздо быстрее, чем сила. Если говорить относительно, то Кинг-Конг окажется в 10 раз слабее обычной обезьяны. Вот почему его ноги сразу же сломаются.

Помню, как в начальной школе наш учитель удивлялся силе муравья, способного поднять лист, во много раз более тяжелый, чем сам муравей. Учитель делал из этого вывод, что будь муравей размером с дом, он мог бы легко поднять и унести этот дом. Но это предположение неверно. Причина та же, что и в случае с Кинг-Конгом. Если бы муравей был размером с дом, его ноги тоже сломались бы. Если увеличить муравья в тысячу раз, он станет в 1000 раз слабее обычного муравья и потому рухнет под собственным весом. (А также задохнется. Муравей дышит через отверстия в боку. Площадь сечения воздушных каналов растет как квадрат радиуса, а объем муравья — как куб радиуса. Таким образом, муравей в 1000 раз больше обычного будет получать в 1000 раз меньше воздуха, чем необходимо для нормального снабжения кислородом мускулов и тканей тела. Кстати говоря, именно поэтому чемпионами в фигурном катании на коньках и гимнастике становятся, как правило, люди небольшого роста, но нормальных пропорций. Они обладают большей мускульной силой на единицу веса, чем высокие люди.)

При помощи закона масштабирования мы можем также определить примерные параметры животных на Земле и, вероятно, инопланетян в космосе. Тепло, излучаемое живым организмом, пропорционально площади его поверхности. Следовательно, при увеличении животного в 10 раз его теплопотери вырастут в 100 раз. Но количество тепла в теле пропорционально его объему и поэтому вырастет в 1000 раз. Следовательно, крупные животные теряют тепло медленнее, чем мелкие. (Именно поэтому зимой у нас первыми замерзают пальцы и уши — у них максимальная относительная площадь поверхности; именно поэтому маленькие люди замерзают быстрее, чем крупные. Этим же можно объяснить, почему газеты сгорают очень быстро — у них очень большая относительная площадь, а толстые поленья горят медленно — у них площадь поверхности относительно невелика.) Этим объясняется также, почему киты в Арктике имеют каплевидную форму — из всех геометрических форм минимальной площадью поверхности на единицу массы обладает сфера. И почему насекомые в теплом климате могут себе позволить произвольную форму с относительной большой площадью поверхности на единицу массы.

В фильме киностудии Диснея «Дорогая, я уменьшил детей» в се члены семьи уменьшаются до размеров муравьев. Начинается гроза, и мы видим, как в микромире крохотные капли падают в лужи. На самом деле дождевая капля с точки зрения муравья должна выглядеть не крохотной капелькой, а громадной водяной полусферой. В обычном мире полусферический объем воды будет нестабилен и растечется под собственной тяжестью, но в микромире сила поверхностного натяжения относительно велика и легко удерживает воду в полусферическом объеме (представьте себе каплю на листе).

Источник

Сила муравья или уникальная грузоподъемность

Муравьи – древние и многочисленные обитатели Земли. Об их трудолюбии, выносливости и мощи сложены сказки и легенды.

Физические возможности этих насекомых, живущих сложной общественной жизнью, являются предметом пристального изучения ученых-энтомологов.

Сколько весит муравей?

Масса муравья зависит от видовой принадлежности:

• Самые мелкие из известных на Земле – домовые, или фараоновы муравьи. Их вес 1-2 мг.
• Наиболее распространенные – формицины – черные или рыжие лесные муравьи. Они обитают по всей планете, вес среднего насекомого – 6-7 мг.
• Африканский бродячий муравей сиафу– настоящий гигант в мире муравьев. Вес его достигает 90 мг.

На заметку! Вес королевы южноамериканского муравья-пули равняется рекордным 10 г и составляет вес 500 средних рабочих особей. Хотя это скорее исключение из правила. У прыгающих муравьев матка и рабочие особи обладают абсолютно одинаковым весом.

Известно, что масса муравьев составляет 1% от массы всех насекомых на Земле. До 90-х годов XX века считалось, что вес муравьев на планете сопоставим с весом людей. Однако недавние исследования доказали неправомерность этого вывода для человечества.

Население Земли на сегодняшний день составляет 7,2 млрд чел., а предположительный суммарный вес (с учетом возрастающей склонности к ожирению) 332 млрд. кг. Если предположить, что количество муравьев – 10 тыс. трлн особей, их гипотетический вес будет равен лишь 40 млрд кг.

Однако исследования были не напрасны. Ученые сделали ошеломительный вывод: до конца XVIII века биомасса муравьев действительно равнялась массе людей на Земле. Однако с открытием Америки человечество стало заселять все большие территории и активно увеличиваться. С этого времени муравьи по этому показателю остались далеко позади.

Однако можно с точностью утверждать, что на каждого «Хомо сапиенс» планеты приходится 10 млн. муравьев.

Муравьиная грузоподъемность

Ученые исследуют муравьев давно. Исследования постоянно дают новую информацию о жизни этих уникальных насекомых. Какой вес может поднять муравей – один из вопросов, который больше всего интересовал ученых. Еще в середине XX века считалось, что муравей может поднять вес, превышающий собственный в 10 раз – довольно много для крошечного создания.

Опыты проводились на разных видах муравьев. Так выяснилось, что муравей-листорез поднимает вес больше его собственного в 50 раз.

На заметку! Муравей-листорез назван так за свою способность одним точным движением челюстей перерезать листовую пластину или травинку. Траву они несут в муравейник, где ее пережевывают и используют как субстрат для выращивания грибов, которые употребляют в пищу. Биомасса особей одного муравейника равняется биомассе средней коровы.

В 2010 г. английские ученые задокументировали жизнь колонии азиатских муравьев-портных и смогли сделать фотографию, показывающую, что рабочий муравей поднимает груз больше всего веса в 100 раз.

Если бы человек обладал такой грузоподъемностью, он смог бы поднять вес, равный 4-5 тоннам.

На заметку! Ученые посчитали, что поднять человека смогут 1 млн особей, а кружку пива – 10 тыс. крошечных насекомых.

Почему муравьи такие сильные?

Закон живой природы гласит: относительная мышечная сила у животных тем выше, чем меньше размер тела.

Это означает, что у маленьких существ процент мышечной массы, приходящейся на килограмм веса, гораздо больше, чем у крупных представителей мира животных. Соответственно сила и грузоподъемность муравья больше, чем, например, у сухопутного гиганта – слона.

Японские и французские ученые в ходе совместных экспериментов сделали массу рентгеновских снимков и создали трехмерную модель мышц муравьев для наглядной демонстрации и изучения их силы. Строение грудных мышц муравья, крепление мускулатуры к экзоскелету (твердому хитиновому покрову) и геометрия мышц шеи позволяют муравью поднимать груз, невероятный для их массы. А ученым, наконец, удалось выяснить, сколько же тяжестей может поднять муравей.

Перестройка мышц груди у рабочих особей муравьев напрямую связана с потерей крыльев в процессе эволюции.

Справедливости ради стоит отметить, что самая сильная часть тела муравья, вне зависимости от его вида – это верхние челюсти. У муравьев, как у многих разновидностей членистоногих, две пары челюстей. Нижние служат для пережевывания пищи. А верхние – жвалы, или мандибулы – используются как оружие и инструмент для работы. Именно с помощью челюстей муравей может в мгновение ока отрезать голову противнику, рыть землю, разделить добычу на части. Также челюсти используются для подхватывания и перетаскивания маленькими носильщиками грузов.

Что еще могут?

Муравьиная колония – удивительное высокоорганизованное сообщество. Насекомые никогда не совершают лишних, хаотичных действий, их деятельность всегда целесообразна.

Мосты из насекомых

«Живые» мосты, которые сооружают африканские муравьи-кочевники из собственных тел, поражают воображение. Когда колония особей перемещается, они стараются пройти максимально коротким и удобным путем. Если на пути встречается водная преграда, насекомым приходится преодолевать ее. Муравьи сцепляются конечностями и усиками, образуя прочную арку. Как показали исследования, в строительстве моста участвуют 20% от количества муравьев в колонии. Остальные продолжают заниматься своими делами – обеспечивать охрану и добывать пропитание.

Интересен способ, каким муравьи образуют таком мост. Идущий впереди муравей застывает, идущий вслед за ним взбирается по спине. И таким образом, последовательно, муравьи передвигаются друг за другом, пока не будет выстроен путь достаточной длины, чтобы достичь противоположного берега. Муравьи будут стоять неподвижно, пока чувствуют, что по спине идут «товарищи».В процессе движения мост может менять конфигурацию, достраиваться. По мосту перемещаются самка-королева, рабочие, несущие будущее потомство и остальные особи.

Волочение по земле

Еще одна уникальная способность муравьев – перемещать «грузы». Если насекомое не в состоянии нести добычу, например, еще живую гусеницу, то он может ее тащить за собой по земле, буквально волочить. Вес, который при этом перемещает маленький носильщик, превышает его собственный в 30 раз.

Часто муравьи переносят большие грузы сообща. Группа численностью до 15 особей действует при этом весьма слаженно. Один муравей берет на себя функцию руководителя, остальные покорно следуют в заданном направлении. Периодически один из «грузчиков» становится разведчиком, отбегает от группы на значительное расстояние. Затем возвращается к своей команде и становится вожаком, поскольку точно знает, куда нужно двигаться.

Заключение

Муравьев можно встретить в любой точке земного шара. Ученые исследуют строение тела насекомого, обеспечивающее ему такую силу и выносливость. Полученный материал позволяет создавать модели роботов, способных поднимать и перемещать тяжелые грузы, подобно трудягам-муравьям.

Источник

Сколько весит муравей и какой вес он может поднять

Размеры муравейников, сложенных из листиков, иголок и мелких веточек достигают 2-2,5 метров в высоту и 5 м в диаметре. Глядя на эти мощные сооружения, часто возникает вопрос, какой вес может поднять муравей.

Трудолюбие муравьев давно стало притчей во языцах. Каждый из нас наблюдал этих мелких насекомых, снующих туда-сюда, с веточкой или листиком на горбу, значительно превышающем собственные размеры. Порой можно увидеть целый отряд муравьишек с усердием перетаскивающих крупную палочку к поближе к гнезду.

Какой вес имеет муравей

Муравьи — не очень крупные насекомые. Вес рыжих лесных обитателей всего 5-7 мг. Можно сравнить обычной мухой, которая весит 12-15 мг. Такая масса не заметна при поднятии насекомого в руках.

В мире известно свыше 15 000 разновидностей мурашек. Они отличаются по размерам. Самые мелкие — фараоновые муравьи. Вес не превышает 2 мг. Одни из крупных африканские бродячие и муравьи-пулю. Масса последних достигает 90 мг. У африканских бродячих матка может весить 10 грамм.

Найдены древние экземпляры муравьев рода Formicium. Они жили 50 млн лет назад. Самки ископаемого насекомого в длину имели 7 сантиметров. По подсчетам ученых масса тела членистоногого такого размера должна была составлять около 20 мг. Сопоставимые размеры имеет колибри.

Вес насекомых может сильно отличаться даже внутри вида. Так, матка сиафу весит столько же, сколько 200-700 рабочих особей. А муравьи-солдаты, охраняющие гнездо, в 10 раз больше труженников. Такой разброс характерен только для отдельных разновидностей. Например, у прыгающих мурашек размеры маток и рабочих насекомых одинаковы.

Муравьи заселили всю земную поверхность. Колонии разных видов встречаются на одной территории и могут проникать друг в друга. Количественные показатели по общей численности очень высоки.

Несмотря на небольшие размеры отдельных особей, согласно данным исследователей общий вес всех муравьев на планете около 1 млрд тонн. Это примерная масса всех землян и превышает совокупный вес любых других насекомых. Считается что масса муравьев составляет 10% всех сухопутных обитателей. На среднего человека приходится 10 000 000 мурашек.

Но еще большую уникальность имеет сила муравьев.

Какой вес может поднять муравей

Крошечные насекомые способны носить тяжести, значительно превышающие их собственный вес. В соответствии с последними научными данными муравьи перетаскивают ношу, вес которой в 50 раз выше массы насекомого. Так, каждый муравей-листорез поднимает за раз около 100 мг листьев.

Для того, чтобы тяжелоатлет поднял штангу в таких же количественных соотношениях, она должна весить 4-5 тонн. Это больше реальных возможностей человека в 25 раз. Находчивые математики подсчитали, что для переноса человека нужно поработать 1 млн муравьев, а для пинты пива — 10 тысячам.

Интересный факт. Когда членистоногие действуют совместно, их грузоподъемность растет. При исследовании в научной лаборатории мощность одного муравья для подъема груза составляет 24.2 эрг/сек, мощность пары насекомых — 63,2 эрг/сек. То есть сила муравья при взаимодействии с соратником возрастала больше, чем в два раза.

Свои природные способности мураши применяют не только для подъема тяжелых предметов. Если работяга не может поднять веточку или листок над головой, он тащит его волоком. Вес предмета может в 20-30 раз быть больше массы тела.

Широко популярны муравьиные мостики африканских кочевников, которые насекомые сооружают при переходе через водоемы. Членистоногие переплетаются тельцами друг с другом, образуя стойкую опору для переноса маток и личинок. Такой мост способен выдержать даже кошку. Но для животных передвижение очень опасно из-за возможных муравьиных укусов.

Интересно, применение людьми природных способностей муравьев для различных целей. В районах Африки насекомых используют для сшивания ран. Края увечья прикладывают друг к другу и подносят членистоногого. Челюсти насекомого смыкаются на коже, после чего тело отделяют от головы. Для «зашивания» требуется несколько особей.

Африканские аборигены добывают в муравейниках собранные насекомыми орехи, семечки. Вместо полученных гостинцев оставляют лесным жителям фрукты и сушеное мясо, считая, что природу нельзя грабить.

Почему муравьи обладают такой силой

Зоологи давно объяснили факт высокой грузоподъемности муравьев. Согласно научным исследованиям, чем меньше размер организма, тем больший процент мышц приходится на килограмм тела. Расчеты дополнятся хитиновым покровом и другим способом строения мышечных тканей.

Но это не обозначает что самый крохотный муравей поднимает самую тяжелую массу. Абсолютные значения грузоподъемности варьируются от того, сколько весит муравей, его вида и роли. Например, мураши-солдаты могли бы поднимать более тяжелые грузы, но их функции не включают такую работу.

Среди насекомых-тяжелоатлетов муравьи даже не считаются лидерами. Например, жуки-скарабеи таскают груз в 800-900 раз больше собственного.

Заключение

Если спросить людей «кто самый сильный в лесу, кто самый трудолюбивый?», то многие дадут ответ — муравей. Физические способности муравьев и их плодовитость обеспечили высокую приспособляемость к жизни в самых разных условиях. Благодаря их выживаемости, насекомых можно встретить практически в любой точке мира.

Видео: Сколько весят все муравьи на земле?

Источник