Номер 2, страница 158 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Значение поверхностного натяжения в жизни животных и насекомых.

2. Значение поверхностного натяжения в жизни животных и насекомых.

Поверхностное натяжение — это физическое явление, возникающее на границе раздела фаз, например, жидкости и газа. Оно обусловлено силами взаимного притяжения между молекулами жидкости. Эти силы приводят к тому, что жидкость стремится сократить площадь своей поверхности до минимума, и на этой поверхности образуется подобие тонкой, упругой пленки. Это свойство воды и других жидкостей имеет огромное значение для многих биологических процессов и для выживания различных видов животных и насекомых.

Примеры в жизни насекомых:

• Передвижение по воде. Классическим примером являются клопы-водомерки. Эти насекомые способны скользить и бегать по поверхности воды, не проваливаясь. Их лапки покрыты множеством тончайших гидрофобных (водоотталкивающих) волосков, которые не смачиваются водой. Благодаря этому вес насекомого распределяется по большой площади, и сила тяжести уравновешивается силой поверхностного натяжения. Условие, при котором насекомое удерживается на поверхности, можно упрощенно записать как $m g \le \sigma L$, где $\text{m}$ — масса насекомого, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения воды, а $\text{L}$ — общая длина контура соприкосновения лапок с водой.
• Дыхание. Личинки многих комаров, обитая в воде, дышат атмосферным воздухом. Они подвешиваются к поверхностной пленке воды с помощью специальной дыхательной трубки (сифона). Силы поверхностного натяжения удерживают личинку в этом положении, позволяя ей дышать. Другой пример — паук-серебрянка, который строит под водой из паутины воздушный колокол. Он приносит с поверхности пузырьки воздуха, которые благодаря поверхностному натяжению сливаются в один большой пузырь под куполом, создавая подводный дом с запасом кислорода.
• Размножение. Некоторые насекомые откладывают яйца непосредственно на поверхность воды. Поверхностное натяжение удерживает кладку на плаву, создавая своего рода "плот".

Примеры в жизни других животных:

• Птицы. Водоплавающие птицы (утки, лебеди, гуси) постоянно смазывают свои перья жировым секретом из копчиковой железы. Это вещество делает оперение гидрофобным. В результате высокого поверхностного натяжения вода не смачивает перья, а собирается в капли и скатывается с них. Это позволяет птицам оставаться сухими, сохранять теплоизолирующую воздушную прослойку и не терять плавучесть.
• Млекопитающие. Поверхностное натяжение играет критически важную роль в процессе дыхания у млекопитающих. Внутренняя поверхность легочных альвеол, где происходит газообмен, покрыта тонким слоем жидкости. Силы поверхностного натяжения этой жидкости стремятся схлопнуть (слипнуться) альвеолы, что сделало бы процесс дыхания чрезвычайно трудным и энергозатратным. Для предотвращения этого специальные клетки легких вырабатывают сурфактант — вещество, которое в десятки раз снижает поверхностное натяжение альвеолярной жидкости. Это позволяет легким легко расправляться при вдохе. Недостаток сурфактанта у новорожденных детей приводит к тяжелому состоянию — респираторному дистресс-синдрому.
• Амфибии и рептилии. Знаменитая ящерица василиск способна бегать по поверхности воды. Хотя основной вклад в этот процесс вносит сила реакции воды от быстрых ударов лап, поверхностное натяжение также оказывает некоторую поддержку, особенно для молодых и легких особей. У амфибий, которые дышат через кожу (например, лягушки), поверхностное натяжение помогает удерживать на теле тонкую пленку влаги, необходимую для газообмена.
• Биологические процессы на клеточном уровне. Внутри организма поверхностное натяжение влияет на форму клеток и органелл. Например, капли жира в цитоплазме принимают сферическую форму, так как сфера имеет минимальную площадь поверхности при заданном объеме, что энергетически выгодно. Также поверхностное натяжение в совокупности со смачиванием лежит в основе капиллярных явлений, которые важны для движения жидкостей (например, крови) по тончайшим сосудам-капиллярам.

Ответ: Поверхностное натяжение является ключевым физическим фактором, который животные и насекомые используют для выживания и адаптации к окружающей среде. Оно обеспечивает возможность передвижения по воде (водомерки), дыхания под водой (личинки комаров), сохранения тепла и плавучести (водоплавающие птицы), а также лежит в основе важнейших физиологических процессов, таких как легочное дыхание у млекопитающих (функционирование альвеол благодаря сурфактанту) и транспорт жидкостей в организме.