Strona głównaPytania → Dlaczego człowiek nie może biegać...

Dlaczego człowiek nie może biegać po wodzie jak niektóre zwierzęta?

Pytanie

Pyta Zuzanna

Dlaczego człowiek nie może biegać po wodzie jak niektóre zwierzęta?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Istnieją dwa mechanizmy, które pozwalają zwierzętom na utrzymanie się na powierzchni wody. Pierwszy z nich polega po prostu na wykorzystaniu napięcia powierzchniowego do utrzymania danego ciała (zwierzęcia) na powierzchni wody. Skorzystać z niego są w stanie tylko najlżejsze zwierzęta, w szczególności różne owady. Związane jest to z tym, że siły napięcia powierzchniowego są proporcjonalne (mniej więcej) liniowo do obwodu powierzchni mającej kontakt z wodą (czyli, mniej więcej, liniowo do rozmiaru danego ciała), natomiast ciężar (tzn. siła, którą napięcie powierzchniowe miałoby zrównoważyć) jest proporcjonalny do objętości danego ciała (tzn. do trzeciej potęgi jego rozmiaru liniowego). Zakładając podobną gęstość organizmów żywych implikuje to, że nie jest możliwe utrzymanie większych organizmów na powierzchni wody przy pomocy sił napięcia powierzchniowego. Na przykład, z prostego rachunku wynika, że człowiek o masie 90 kg mógłby utrzymać się na wodzie, gdyby obwód jego stóp wynosił ok. 12 km.

Drugi mechanizm utrzymywania się na wodzie wymaga szybkiego przebierania kończynami (łapami, nogami, itp…) oraz istotnego zaangażowania mięśni. Został on opisany (w roku 1996) w pracy w prestiżowym czasopiśmie Nature. Polega on na tym, że w w momencie umieszczania kończyny na powierzchni wody tworzy się pod nią poduszka powietrzna; jeśli kończyna zostanie usunięta na tyle szybko, że poduszka ta nie zdąży się wypełnić wodą, to zwierzę jest w stanie na powierzchni wody się utrzymać. Natomiast z tego mechanizmu skorzystać mogą także tylko niezbyt ciężkie i niewielkie zwierzęta. Aby ten mechanizm mógł być wykorzystany przez człowieka, musiałby on biec z szybkością przynajmniej 30 m/s — jest to trzykrotnie większa prędkość niż osiągają najszybsi sprinterzy (czyli mniej więcej 10 m/s), która wymagałaby użycia 15 razy większej mocy, co oczywiście jest poza ludzkimi możliwościami.

Równoważnie, ludzkie możliwości umożliwiałyby bieganie po wodzie, gdyby przyspieszenie grawitacyjne miało mniejszą wartość. Wnioskiem z następującej pracy (z roku 2012)  było stwierdzenie, że „niektórzy ludzie byliby w stanie biegać po powierzchni stawu — jeśli tylko ci ludzie oraz staw znajdowaliby się na Księżycu”. Badania przeprowadzone w ramach tej pracy (do których przeprowadzenia skonstruowany został specjalny system uprzęży, imitujący mniejsze pole grawitacyjne) przedstawione są na następującym filmie. Wyniki tej pracy zostały wyróżnione w roku 2013 nagrodą „Ig Nobla” — choć nagroda ta jest humorystyczna, to jej otrzymanie dowodzi nietrywialności problemu i wagi poczynionego odkrycia.