Вода как способ перемещения

Ныряние: техника погружения и передвижения под водой

Ныряние – разновидность прикладного плавания, когда человек более или менее длительное время находится под водой, не пополняя запаса воздуха в легких.

Выделяют 2 вида ныряния:

1. ныряние в длину. Передвижение происходит на глубине 1-2 метров в горизонтальном положении.
2. ныряние в глубину. Пловец погружается в вертикальном положении на глубину до 6 метров

Иногда эти два вида ныряния сочетаются между собой, например, при отыскивании предметов на дне, когда сначала пловец погружается на глубину, а затем плывет в горизонтальном положении.

Приемы погружения (ныряния) в воду

Приемы погружения в воду из опорного положения

Приемы погружения в воду из безопорного положения

Погружение (ныряние) из безопорного положения происходит с поверхности воды.
Погрузиться с поверхности воды можно одним из этих способов:

погружение из безопорного положения вниз ногами.
Пловец сначала группируется: ноги сгибаются в коленях, колени и стопы разводятся в стороны, колени подтягиваются к груди, стопы к тазу; руки вытягивает вперед. Затем нужно сделать сильный гребок руками вниз, поднимая голову и плечевой пояс над водой. Одновременно с этим делается мощный толчок ногами вниз способом брасс до полного выпрямления ног. В результате тело «выскакивает» из воды до поясницы и принимает положение как по команде «смирно». Далее тело погружается под воду под воздействием силы тяжести. Можно увеличить глубину погружения с помощью мощного гребка руками через стороны вверх.
Опустившись на нужную глубину, нужно сгруппироваться, повернуться в нужном направлении, сделать гребок ногами брассом, вытянуть руки и плыть.

Погружение из безопорного положения вниз ногами
Посмотреть погружение вниз ногами в движении

погружение из безопорного положения вниз головой.
Пловец сначала группируется: ноги сгибаются в коленях и подтягиваются к груди, стопы к тазу, руки вытягивает вперед. Далее спортсмен делает глубокий вдох, резко опускает голову вниз, руки выводит вперед по направлению ко дну, а ноги поднимает над поверхностью воды. Ноги оказываются над водой и под их тяжестью пловец погружается. Можно увеличить глубину погружения с помощью мощного гребка руками назад вниз (от головы к тазу) через стороны.
Опустившись на нужную глубину, можно плавно поменять направление или сгруппировавшись поменять его под прямым углом.

Погружение из безопорного положения вниз головой
Посмотреть погружение вниз головой в движении

ныряние в длину из безопорного положения.
Ныряние в длину выполняется путем резкого гребка одной рукой с энергичными движениями ногами кролем; при этом другая рука остается вытянутой вперед (А). После гребка, во время проноса руки по воздуху, голова поворачивается в сторону этой руки и осуществляется вдох (Б). В момент соединения рук, пловец сгибает ноги в тазобедренных суставах, погружая руки и переднюю часть тела на нужную глубину (В). Продолжая движения ногами, он выпрямляется под водой в горизонтальном положении (Г).

Ныряние в длину из безопорного положения

Способы передвижения под водой

Итак, передвигаться под водой можно следующими способами:

• Брасс на груди. Скольжение выполняется после гребка руками до бедер.
• Кроль на груди без выноса рук.
• Торпедо. Ноги выполняют движения кролем, руки вытянуты вперед, голова между руками.
• Комбинированный 1: руки выполняют гребок брассом, ноги кролем. Скольжение во время того, как руки вытянуты вперед.
  
• Комбинированный 2: руки выполняют гребок брассом, ноги кролем. Гребок руками удлиненный до бедер. Движения ногами выполняются после завершения гребка руками. Скольжение во время того, как руки вытянуты вдоль тела. При замедлении продвижения руки выполняется подготовительное движение.
• Комбинированный 3: гребок руками дельфином, ноги брассом. Движение руками и ногами одновременно либо последовательно: Скольжение после гребка руками, руки вдоль туловища.
• Комбинированный 4: гребок руками дельфином, ноги способом на боку. Движение руками и ногами одновременно либо последовательно. Скольжение после гребка руками.
• Комбинированный 5: гребок руками брассом, ноги способом на боку. Одновременный гребк руками и ногами с последующим скольжением.
  
• Комбинированный 6: гребок руками брассом, ноги способом дельфин. Длинный гребок руками брассом до бедер. Одновременным гребк руками и ногами с последующим скольжением.

При нырянии с ластами наиболее эффективно движение ног кролем.

Изменение глубины и направления движений

Чтобы повернуть вправо: наклонить туловище вправо, усилить гребок левой рукой.

Чтобы подняться к поверхности с небольшой глубины: поднять голову, прогнуться в пояснице, руки вытянуть вперед вверг, совершать гребки руками назад вниз (от головы к тазу).

Для подъема со дна: слегка сгруппироваться, вытянуть руки вверх, встать на дно водоема и, оттолкнувшись ногами, скользить вверх. Если глубина большая, то при движении вверх делают плавательные движения руками и ногами способом брасс.

Для всплывании без отталкивания от дна: сгруппироваться, повернуться головой вверх, сделать сильный гребок руками и ногами сверху вниз.

Источник

Перемещаем воду с помощью капиллярного эффекта

Переместите воду из одного стакана в другой с помощью бумажного полотенца

Вода — основной источник жизни на Земле. Ею питаются все растения, без неё не выживет ни животное, ни человек. Но как же она попадает из земли в самые труднодоступные места? Ответ можно проиллюстрировать простым экспериментом. С его помощью ваш ребёнок сможет наглядно увидеть такое явление, как капиллярный процесс и усвоить основной закон передвижения жидкостей.

Вам потребуются

1. Два/три прозрачных стакана или бокала.

3. Несколько бумажных полотенец (салфетки или туалетная бумага).

4. Марганцовка, зелёнка или другой краситель (по желанию, для лучшей наглядности эксперимента).

Порядок действий

1. Поставьте рядом пустой стакан и стакан с водой. В стакане с водой разбавьте щепотку марганцовки или немножко зелёнки. Эксперимент можно проводить и без подкрашивания воды, но так ребёнок лучше увидит ее перемещение.

2. Скрутите бумажное полотенце (или несколько) в форме каната. У вас должно получиться, что-то похожее на фитиль свечи.

3. Опустите один конец бумажного полотенца в ёмкость с водой, другой — в пустой стакан.

4. Посмотрите, что происходит. Для того чтобы увидеть результаты вам необходимо будет немного подождать. В это время можете заняться другими экспериментами или объяснить ребёнку основные сферы применения капиллярного эффекта в природе и технике.

5. Проведите експеримент с тремя стаканами и с жидкостями разного цвета, попробуйте поставить стаканы на разную высоту.

Что происходит?

Жидкость начинает подниматься по вашему импровизированному фитилю и планомерно перемещаться в пустой стакан. Это будет очень хорошо видно, если вы разбавите воду марганцовкой или зелёнкой. Бумажное полотенце будет постепенно окрашиваться в зелёный или красный цвет и ребёнок увидит своими глазами путь перемещения воды. Процесс будет проходить до тех пор, пока в обоих стаканах не соберётся одинаковое количество жидкости.

Происходящее называют «капиллярным эффектом». Благодаря невысокой вязкости жидкости и большой силе сцепления воды с зазорами между волокнами бумажного полотенца она постепенно перемещается с одного стакана в другой.

Факты

С помощью капиллярного эффекта получают влагу растения. Они впитывают жидкость корнями из земли и благодаря небольшим зазорам внутри ствола доставляют её наверх к листьям и плодам.

Капиллярность помогает циркулированию крови в организме животных и людей. Благодаря ей кровь и другие жидкости могут свободно попадать в любую часть тела. Так, в организме человека один из типов сосудов даже называется капилляры.

Капиллярный эффект часто можно наблюдать в быту. Этот процесс происходит, к примеру, во время подачи керосина на фитиль в лампе или простого вытирания тела полотенцем.

Сила капиллярного эффекта пропорционально зависит от площади окружности жидкости. То есть, чем уже будет трубка — тем быстрее поднимется вода.

Существует теория, которая утверждает, что на основе капиллярного эффекта можно создать вечный двигатель. Вода будет постоянно подниматься и, попадая на лопасти, приводить механизм в движение.

Источник

Водное передвижение — Aquatic locomotion

Водное передвижение — это биологически продвинутое движение в жидкой среде. Простейшие двигательные системы состоят из ресничек и жгутиков . Плавание несколько раз эволюционировало у ряда организмов, включая членистоногих , рыб , моллюсков , рептилий , птиц и млекопитающих .

СОДЕРЖАНИЕ

Эволюция плавания

Плавание несколько раз развивалось по разным линиям. Предполагаемые окаменелости медуз встречаются в Эдиакарах , но первые свободно плавающие животные появляются в раннем и среднем кембрии . Они в основном связаны с членистоногими и включают аномалокаридид , которые плавают с помощью боковых долей, как современные каракатицы . Головоногие моллюски пополнили ряды нектонов в конце кембрия, а хордовые, вероятно, поплыли из раннего кембрия. Многие наземные животные сохраняют некоторую способность плавать, однако некоторые из них вернулись в воду и развили способность к водному перемещению. Однако большинство обезьян (включая людей) утратили инстинкт плавания .

В 2013 году Педро Ренато Бендер, научный сотрудник Института эволюции человека Университета Витватерсранда , предложил теорию, объясняющую потерю этого инстинкта. Названная гипотезой последнего общего предка Сачи (в честь Сачи , бразильского фольклорного персонажа, который не может преодолевать водные преграды), она утверждает, что потеря инстинктивной способности к плаванию у обезьян лучше всего объясняется ограничениями, связанными с адаптацией к древесной жизни у обезьян. последний общий предок обезьян. Бендер выдвинул гипотезу, что древние обезьяны все чаще избегали глубоководных водоемов, когда риск контакта с водой был явно выше, чем преимущества пересечения их. Уменьшение контакта с водоемами могло привести к исчезновению инстинкта собачьего весла .

Микроорганизмы

Бактериальный

Инфузории

Инфузории используют маленькие жгутики, называемые ресничками, для передвижения по воде. Одна инфузория обычно имеет от сотен до тысяч ресничек, которые плотно упакованы вместе в массивы. Во время движения отдельная ресничка деформируется, используя рабочий ход с высоким коэффициентом трения, за которым следует ход восстановления с низким коэффициентом трения. Поскольку на индивидуальном организме имеется множество ресничек, упакованных вместе, они демонстрируют коллективное поведение в метахрональном ритме . Это означает, что деформация одной реснички находится в фазе с деформацией ее соседки, вызывая волны деформации, которые распространяются по поверхности организма. Эти распространяющиеся волны ресничек позволяют организму скоординированно использовать реснички для движения. Типичным примером ресничного микроорганизма является Paramecium , одноклеточное мерцательное простейшее, покрытое тысячами ресничек. Биение ресничек позволяет парамециуму перемещаться по воде со скоростью 500 микрометров в секунду.

Жгутиковые

У некоторых организмов, таких как бактерии и сперма животных, есть жгутики, которые научились перемещаться в жидкой среде. Модель вращающегося двигателя показывает, что бактерии используют протоны электрохимического градиента для перемещения своих жгутиков. Крутящий момент в жгутике бактерий создается частицами, которые проводят протоны вокруг основания жгутика. Направление вращения жгутиков у бактерий определяется заполнением протонных каналов по периметру мотора жгутика.

Движение сперматозоидов называется подвижностью сперматозоидов . Середина сперматозоида млекопитающих содержит митохондрии, которые обеспечивают движение жгутика сперматозоидов. Двигатель вокруг основания создает крутящий момент, как у бактерий, движущихся в водной среде.

Псевдоподии

Движение с помощью псевдопода осуществляется за счет увеличения давления в одной точке на клеточной мембране . Это повышение давления является результатом полимеризации актина между корой и мембраной. По мере увеличения давления клеточная мембрана выталкивается наружу, образуя псевдопод. Когда ложноножка движется наружу, остальная часть тела тянется вперед за счет коркового напряжения. В результате клетки перемещаются в жидкой среде. Кроме того, направление движения определяется хемотаксисом . Когда хемоаттракция происходит в определенной области клеточной мембраны , полимеризация актина может начаться и переместить клетку в этом направлении. Прекрасным примером организма, использующего псевдоножки, является Naegleria fowleri .

Беспозвоночные

У лучников , медуз и их сородичей основной способ плавания — сгибание чашеобразного тела. Все медузы плавают свободно, хотя многие из них проводят большую часть времени в пассивном плавании. Пассивное плавание сродни скольжению; организм плавает, используя токи там, где это возможно, и не прилагает никакой энергии для управления своим положением или движением. Напротив, активное плавание требует затрат энергии на путешествие в желаемое место.

В билатерии существует множество способов плавания. В стрелках червей ( Chaetognatha ) волнистые их ребристое тело, а не в отличии от рыбы. Нематоды плавают волнообразными движениями тела без плавников. Некоторые группы членистоногих могут плавать, в том числе многие ракообразные . Большинство ракообразных, например креветки , обычно плавают на специальных плавательных ногах ( плеоподах ). Плавательные крабы плавают на модифицированных ходильных ногах ( переоподах ). Ракообразное дафния плавает, взмахивая усами.

Также существует ряд форм плавающих моллюсков . Многие свободно плавающие морские слизни , такие как морские ангелы , имеют структуры, напоминающие плавники. Некоторые моллюски с раковиной, такие как гребешки, могут ненадолго плавать, хлопая обеими раковинами, открывая и закрывая их. Моллюски, наиболее приспособленные для плавания, — это головоногие моллюски . Фиолетовые морские улитки используют плавучий плот из пенопласта, стабилизированный амфифильными муцинами, чтобы плавать на поверхности моря.

Среди Deuterostomia есть и несколько пловцов. Перья звезды могут плавать, раскачивая свои многочисленные руки. Beautiful Swim Feather Star en MSN Video . Сальпы движутся, прокачивая воду через свои студенистые тела. Наиболее развитые для плавания deuterostomes встречаются у позвоночных , особенно у рыб .

Реактивный двигатель

Реактивное движение — это метод передвижения в воде, при котором животные заполняют мышечную полость и выбрасывают воду, чтобы заставить их двигаться в направлении, противоположном струе воды. Большинство организмов оснащено одним из двух вариантов реактивного движения; они могут втягивать воду сзади и выталкивать ее сзади, например, медузы, или втягивать воду спереди и выталкивать ее сзади, например, сальпы. Заполнение полости вызывает увеличение массы и сопротивления животного. Из-за большой сужающейся полости скорость животного колеблется при движении по воде, ускоряясь при выталкивании воды и замедляясь при всасывании воды пылесосом. Несмотря на то, что этими колебаниями сопротивления и массы можно пренебречь, если частота циклов реактивного движения достаточно высока, реактивное движение является относительно неэффективным методом передвижения в воде.

Все головоногие моллюски могут двигаться за счет реактивного движения , но это очень энергоемкий способ передвижения по сравнению с хвостовым движением, используемым рыбами. Относительная эффективность реактивного движения снижается по мере увеличения размера животного. Со времен палеозоя, когда конкуренция с рыбой создавала среду, в которой эффективное движение было решающим для выживания, реактивное движение отошло на второй план, а плавники и щупальца использовались для поддержания постоянной скорости. Тем не менее, стоп-старт, обеспечиваемый реактивными двигателями, по-прежнему полезен для обеспечения высокоскоростных всплесков — не в последнюю очередь при поимке добычи или избегании хищников. Действительно, это делает головоногих моллюсков самыми быстрыми морскими беспозвоночными, и они могут обогнать большинство рыб. Кислородная вода попадает в полость мантии к жабрам, и в результате мышечного сокращения этой полости отработанная вода выбрасывается через гипоном , образованный складкой в ​​мантии. Движение головоногих моллюсков обычно назад, поскольку вода вытесняется вперед через гипоном, но направление можно в некоторой степени контролировать, направляя его в разные стороны. Большинство головоногих моллюсков плавают (т.е. обладают нейтральной плавучестью ), поэтому им не нужно плавать, чтобы оставаться на плаву. Кальмары плавают медленнее, чем рыбы, но используют больше энергии для увеличения скорости. Снижение эффективности связано с количеством воды, которое кальмар может ускорить из своей мантии.

Медузы используют одностороннюю конструкцию водной полости, которая генерирует фазу непрерывных циклов реактивного движения, за которой следует фаза покоя. Эффективность Фруда составляет около 0,09, что указывает на очень дорогостоящий метод передвижения. Метаболические затраты на транспортировку медузы высоки по сравнению с рыбой такой же массы.

Другие реактивные животные имеют аналогичные проблемы с эффективностью. Морские гребешки , похожие на медузы, плавают, быстро открывая и закрывая свои раковины, которые втягивают воду и выталкивают ее со всех сторон. Это движение используется как средство спасения от хищников, таких как морские звезды . Впоследствии раковина действует как судно на подводных крыльях, противодействуя тенденции морского гребешка тонуть. Эффективность Фруда для этого типа движения низкая, около 0,3, поэтому он используется в качестве механизма аварийного спасения от хищников. Однако объем работы, выполняемой гребешком, снижается за счет эластичного шарнира, соединяющего две раковины двустворчатого моллюска. Кальмары плавают, втягивая воду в полость своей мантии и выталкивая ее через сифон. Эффективность их водометной двигательной установки по Фруду составляет около 0,29, что намного ниже, чем у рыбы той же массы.

Большая часть работы, выполняемой мышцами морского гребешка для закрытия его оболочки, сохраняется в виде упругой энергии в ткани абдуктина, которая действует как пружина, открывающая оболочку. Эластичность приводит к тому, что работа, выполняемая против воды, становится низкой из-за больших отверстий, в которые должна входить вода, и маленьких отверстий, которые должна оставлять вода. Инерционная работа водометного движителя также невелика. Из-за низкой инерционной работы экономия энергии, создаваемая эластичной тканью, настолько мала, что ею можно пренебречь. Медузы также могут использовать свою эластичную мезоглею, чтобы увеличить свой колокол. Их мантия содержит слой мышц, зажатый между эластичными волокнами. Мышечные волокна проходят вокруг раструба по окружности, в то время как эластичные волокна проходят через мышцу и по бокам раструба, чтобы предотвратить удлинение. После однократного сокращения колокол пассивно вибрирует на резонансной частоте, наполняя колокол. Однако, в отличие от гребешков, инерционная работа похожа на гидродинамическую из-за того, как медузы выталкивают воду через большое отверстие с низкой скоростью. Из-за этого отрицательное давление, создаваемое вибрирующей полостью, ниже положительного давления струи, а это означает, что инерционная работа мантии мала. Таким образом, реактивный двигатель показан как неэффективный способ плавания.

Источник