A lövőhal és a fizika

Avagy hogyan lehet halálos fegyverré kovácsolni a vízipisztolyt.

A lövőhal és a fizika

1. oldal

A lövőhalfélék az élővilág legérdekesebb élőlényei közé tartoznak. A víz felszíne alatt várakoznak, amíg egy rovar leszáll a felettük található növényre, majd egy hihetetlenül pontos lövéssel vizet fecskendeznek rá. A rovar belepottyan a vízbe, a hal pedig bekebelezi azt. Az lövőhalak vadászati módszere egészen valószerűtlennek tűnik, a természet azon jelenségeinek egyike, amelyről el sem hinnénk, hogy létezhet, amennyiben nem látnánk a saját szemünkkel.

A lövőhalfélék családjába hét édesvízi faj tartozik, amelyek mindegyike az előzőekben ismertetett módon ejti el zsákmányát. Ami talán még meglepőbb az egészben, a stratégia meglepően hatásos: a halak rendkívül pontosan céloznak, és egy tizedmásodperccel a sikeres találat után máris azon a helyen várakoznak, ahol az áldozat röviddel később a vízbe csobban. Ahogy mélyebben belegondolunk a problémába kiderül, a sikeres vadászathoz az állatoknak még a vártnál is jóval több különféle faktorral kell tisztában lenniük.

Először is, amikor a hal aktiválja „beépített vízipisztolyát” szemei a víz alatt vannak, vagyis a célzás során a fény felszínen való törését is figyelembe kell vennie, és ennek megfelelően korrigálnia lövését. A korrekció mértéke ráadásul egyáltalán nem elhanyagolható: ha a kiszemelt rovar 45 fokos szögben látszik, 25 fokkal kell módosítani a lövés szögét, hogy ténylegesen eltalálja a célpontot, vagyis gyakorlatilag teljesen máshová kell célozni, mint ahol a leendő zsákmány látszik.

Ez azonban nem minden: a lövés a Föld gravitációjának köszönhetően nem egyenes pályát ír le, hanem enyhén ívelten halad, amit a célzásnál szintén számításba kell vennie a halnak. A kívánt korrekció mértéke ebben az esetben sem apró, és ahogy az alábbi ábrán látható, részben a rovar és a hal pozíciója közti magasság függvényében változik. Amennyiben a rovar 10 centiméterrel a vadász fölött helyezkedik el 0−2 centiméter közti lövedéksüllyedéssel kell számolni, vagyis ennyivel alacsonyabban fog célba érni a vízsugár ahhoz képest, mintha tökéletesen egyenesen repülne. Ha a magasságkülönbség 30 centiméter, a süllyedés 2−15 centiméter közt alakul, vagyis a lövőhalnak minden esetben egy komplikált fizikai feladványt kell megoldania, és ennek alapján megválasztani a sikert legnagyobb eséllyel biztosító lövési szöget és sebességet.

Galéria megnyitása

A meglepetések sorának azonban korántsincs vége, ami a lövőhalak vadászati technikáját illeti. Alberto Vailati, a Milánói Egyetem folyadékdinamika professzora behatóan tanulmányozta, hogy mi történik a kispriccelt vízzel a célpont eléréséig. Az alább látható nagysebességű kamerával készült felvételt megvizsgálva kiderül néhány nagyon érdekfeszítő dolog. A lövés 4 századmásodperc alatt ér célba, vagyis tizedannyi idő alatt, mint egy gyors pislantás. Még izgalmasabb azonban a konkrét sebességadatok vizsgálata: míg a vízsugár elejének sebessége az út első felében 2,88 m/s-nak adódik, az út második felében már 3,27 m/s-ot lehet mérni.

A vízsugár tehát gyorsul: ahogy egyre magasabbra ér, egyre nagyobb sebességet vesz fel. Ez pedig példátlan jelenség, ha bármilyen más lövedékkel hasonlítjuk össze, legyen az egy felfelé elhajított kosárlabda vagy egy puskagolyó. Ezek ugyanis a gravitáció, illetve a közegellenállás hatására egytől egyig lassulni fognak.

2. oldal

A lövőhal vízsugara azonban az általunk ismert fizikának látszólag fittyet hányva gyorsuló mozgást végez, ahogy azt Alberto Vailati, Luca Zinnato és Roberto Cerbino nemrég megjelent tanulmányában igazolta. A kutatók rengeteg példány különféle helyzetekben szabadjára eresztett vízlövedékét vizsgálták meg, és sikerült kimutatniuk, hogy a vízsugár csaknem minden esetben nagyobb sebességgel csapódik a célpontba, mint amekkorával elhagyta a hal száját. A szakértők arra is rájöttek, hogyan teszi ezt a vadász: különféle folyadékdinamikai trükköket vet be annak érdekében, hogy minél nagyobb erővel találja el zsákmányát.

A dolog a következőképpen működik: Amikor a lövőhal kispricceli szájából a vizet, ezt úgy teszi, hogy a sugár hátsó része gyorsabban mozog, mint az eleje. Képzeljük el, hogy sorban állunk, és a mögöttünk állók hirtelen előre indulnak. Ettől mindenki kisebb helyre tömörül össze, ez viszont egy ponton túl tarthatatlan, így a sor elkezd kiszélesedni. Ugyanez történik a vízsugárral is: ahogy a később kibocsátott vízcseppek utolérik a frontot, az egyre laposabbá, szélesebbé válik.

Galéria megnyitása

Ez persze nem igazán kedvező a lövőhal szempontjából, hiszen a szétterülő lövedék kisebb erővel találná el a célpontot. Vadászunkat azonban egy másik fizikai jelenség segíti sikerének elérésében, mégpedig az úgynevezett Plateau-Raleigh-instabilitás. Magunk is megfigyelhetjük, hogy minden vízsugárban aprócska szabálytalanságok jelentkeznek: kisebb-nagyobb kiemelkedések bukkannak fel, helyenként vastagabb, máshol vékonyabb a sugár. A felületi feszültség hatására ezek a szabálytalanságok egyre fokozódnak, minél hosszabb utat tesz meg a sugár, hiszen a vízmolekulák egyre közelebb törekednek egymáshoz. Az elvékonyodások végül odáig fajulnak, hogy a sugár folytonossága megszakad, és az cseppekre szakad szét.

Galéria megnyitása

Önmagában egyik fent leírt jelenség sem szolgálná a lövőhal érdekeit, együttesen azonban hatásos fegyvert eredményeznek. A vízsugár folyadékcseppekre szakadna szét a felületi feszültség eredményeként, ugyanakkor a hátul haladó cseppek gyorsabbak, az elől levőknél, és utolérik ezeket, egy masszív, hathatós cseppé forrva össze, amely jóval nagyobb erővel, és rövidebb idő alatt teríti le a prédát, mint a vízsugár frontja eredetileg tette volna, hiszen a sugár csaknem teljes energiája az elől haladó cseppekben koncentrálódik.

Mindez nem egyszerűen egy látványos trükk, hanem a hal vadászati stratégiájának kulcsfontosságú eleme: a hal száját elhagyó vízsugár eredeti állapotában ugyanis nem lenne elég erős egy rovar megbénításához. Ezzel a koncentrált lövedékkel ugyanakkor a lövőhal akkora ütést képes célba juttatni, amely több mint ötször erősebb annál, mint amire bármely más gerinces izommunkából képes lenne.

A lövőhal tehát az állatvilág aprócska fizikaprofesszoraként egyaránt otthonosan mozog a mechanika, a tömegvonzás, az optika és a folyadékdinamika világában, látszólag komolyabb erőfeszítések nélkül oldva meg olyan bonyolult problémákat, amelyek az emberi fizikusoknak álmatlan éjszakákat okoznak. Tudását kamatoztatva pedig látszólag emberfeletti, pontosabban halfeletti képességekre és erőre tett szert: aprócska vízipisztolyát precíziós rakétává alakította, amely ellen a rovarok nagy részének semmi esélye, ráadásul sosem kell attól félnie, hogy kifogy a munícióból.

Galéria megnyitása

Neked ajánljuk

Kiemelt
Csak gépösszerakó
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
{{ product.displayName }}
csak b2b
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap