Физика в комариной стае

Полёт комаров в стае удивительным образом подчиняется уравнению Ланжевена.
Невероятное открытие: как сообщают ученые, хаотичное и странное поведение комаров в стае можно описать с помощью давно известной физической формулы.

Полёт этих насекомых подчиняется уравнению Ланжевена — формуле, которая также описывает броуновское движение.

Уравнение объясняет, почему комары совершают экстремальные манёвры, и что общего имеет комариная стая со скоплением звёзд и жидкостями.

Рой комаров – удивительное явление:

в то время, как птицы и рыбы двигаются скоординировано в своих стаях, полёт комаров кажется абсолютно хаотичным. Тем не менее, эти комариные облака держатся вместе как по волшебству.

«Хотя скорость движения отдельных комаров в стае кажется случайной, каждый комар каким-то образом притягивается к центру роя», — объясняет Энди Рейнолдс из Исследовательского центра Ротамстедской опытной станции в Великобритании.

Экстремальные нагрузки в полете комаров

Ученые выяснили как формируется комариный ройУдивительное поведение комаров в стае было исследовано благодаря высокоскоростному видео. Оно показало, что в полёте насекомые частично достигают экстремальных ускорений и подвергаются десятикратному воздействию гравитации – пилот реактивного самолёта при таком ускорении уже потерял бы сознание. Но комары выдерживают эту нагрузку без проблем.

Также следует отметить: сильный ветер или другие помехи почти не рассеивают комариную стаю.

Чем дальше комар от центра роя, тем более упрямым и сильным он кажется в своих попытках не потерять связь со стаей.

«Парадоксальным образом комары кажутся тесно связанными с центром роя в то время, когда они двигаются, как свободная и несвязанная со стаей частица», – объясняет Рейнолдс.

Сложное поведение, простой принцип

Из-за странного поведения исследователям не удавалось смоделировать движение комаров в стае. Это казалось слишком сложным для реализации. Но Рейнолдс смог это сделать благодаря удивительному открытию. Он обнаружил, что движения комаров подчиняются одному давно известному физическому уравнению – уравнению Ланжевена.

В физике это уравнение используется для описания броуновского молекулярного движения. Как открыл Рейнолдс, полёт комаров в стае соответствует этому принципу. С помощью него можно описать и объяснить кажущееся хаотичным движение насекомых, при этом используя малое число параметров и наблюдение лишь за несколькими насекомыми.

Как скопление звёзд или переливание жидкости

С помощью уравнения Ланжевена учёному удалось создать математическую модель полёта комаров. «Уравнение показывает, что комары связаны друг с другом гравитационными силами – они движутся подобно звёздам в звёздном скоплении», — объясняет исследователь.

Аналогично скоплению звёзд, рой комаров имеет плотный центр, окружённый менее заполненной оболочкой.

Новая модель также демонстрирует, что под воздействием внешних помех стая комаров ведёт себя как жидкость. «Танец», который часто можно увидеть в комарином рое, можно сравнить с переливанием», — говорит Рейнолдс. После сильного порыва ветра рой «переливается» назад и вперед, пока не обретёт равновесие.

Полезно для сельского хозяйства

Это открытие полезно не только для фундаментальных исследований, но и может найти практическое применение в сельском хозяйстве. Используя модель движения комаров, фермеры могли бы узнать, например, куда и как быстро перемещаются стаи вредителей. «Мы доказали, что такие движения можно определить с помощью простейших данных наблюдений», — резюмирует Рейнолдс.   Ō

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше