Nghệ thuật lướt trên mặt nước của các sinh vật tí hon

Băng qua vũng nước đối với bạn chả có gì là thách thức, nhưng đối với một chú côn trùng tí hon, nó na ná như việc vượt qua một đỉnh núi trơn tuột và dốc đứng vậy. Hai nhà toán học đã lý giải chính xác bằng cách nào những sinh vật bé xíu này thực hiện được kỳ công đó.

Chúng lợi dụng sức căng bề mặt để làm lợi thế cho mình, và "lướt" trên mặt nước mà hầu như không mất chút sức lực nào, John Bush từ Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, Massachusetts, tác giả của nghiên cứu và cộng sự David Hu, cho biết.

Vũng nước nhô cao hơn tại rìa nhờ lực mao dẫn, khiến cho chất lỏng ở nơi nó chạm vào bờ đất xung quanh bị dâng lên. Đặc điểm này (được gọi là mặt khum của chất lỏng) cũng rất hay gặp ở gờ các ly nước.

Những loài côn trùng lớn, như nhện nước, đủ nhanh và đủ lớn để chạy băng qua mặt khum của vũng nước. Song các loài nhỏ hơn thì không thể làm điều đó. Thay vì thế, những con côn trùng chỉ dài vài milimét này làm biến dạng bề mặt của nước bằng những chiếc chân của mình, tạo ra lực "bắn" chúng lên đỉnh của mặt khum.

Bush và Hu đã nghiên cứu 3 loài côn trùng: Mesovelia và Microvelia (đi trên nước ở tuổi trưởng thành) và ấu trùng của loài bọ Pyrrhalta. Họ sử dụng video tốc độ cao để ghi lại hành động của chúng và phân tích chúng.

Cả ba nhóm sinh vật trên đều sử dụng chân để kéo bề mặt nước lên cao ở phía trước vào sau, trong khi ấn khúc giữa của cơ thể xuống. Phần nước dâng lên dưới chân của con vật trở thành một khu vực có sức căng đặc biệt lớn, nói cách khác, bề mặt khum của vũng nước ở điểm này rất dốc. Giống như các bong bóng trên bề mặt một ly sâm banh, hai vùng có sức căng mạnh ở trên sẽ hút lẫn nhau để làm giảm sức căng chung của bề mặt. Kết quả là sự hút nhau này kéo con côn trùng lên đỉnh dốc.

"Chúng leo lên mặt khum và trượt xuống dưới tác dụng của hấp dẫn, sau đó lại tìm được vị trí mới và tiếp tục hành trình đó", Bush nói.

Cũng theo Bush, chân trước của con vật chịu trách nhiệm chính trong hiệu ứng này. Đôi chân giữa nhấn xuống để đỡ trọng lực và ngăn không cho nó chìm xuống, trong khi đôi chân sau kéo con vật lên, giữ thăng bằng với chân trước, nếu không nó có nguy cơ trượt và lộn nhào về phía sau.

Kỹ thuật này biến nó thành một tay nhào lộn nhanh nhẹn. Côn trùng có thể lướt trên mặt khum chất lỏng với tốc độ 30 lần chiều dài cơ thể mỗi giây, trong khi nhà vô địch của loài người chỉ xoay xở được khoảng 5 lần chiều cao cơ thể.

T. An (theo Nature)