Una persona sotto la ruota di un’automobile: fatte le debite proporzioni in termini di peso, è questa la situazione in cui si trova una zanzara colpita da una goccia di pioggia. Come fanno allora gli insetti a sopravvivere a impatti di questo tipo? Uno studio dei ricercatori del Georgia Institute of Technology, pubblicato su Pnas, ha fatto luce su ciò che accade durante le collisioni tra questi animali e gocce d’acqua, svelando come il segreto degli insetti sta nel loro peso ridottissimo e nella robustezza dell’esoscheletro, la corazza esterna che li riveste.
“Finora, nello studio del volo degli insetti, l’adattamento alle condizioni climatiche come vento e pioggia non era ben compreso”, dice David L. Hu, uno degli autori dello studio. “La nostra ricerca mostra come anche gli insetti volanti più leggeri siano stabili rispetto alle perturbazioni esterne”. Insieme al suo gruppo di ricerca, Hu ha esaminato – tramite telecamere ad alta velocità – alcune zanzare Anopheles esposte a un getto d’acqua artificiale per simulare la pioggia, e ha misurato posizione, velocità e angolo degli impatti.
I risultati dell’esperimento hanno mostrato che la sopravvivenza degli insetti è legata alla loro massa, estremamente ridotta rispetto a quella delle gocce. “Il basso peso della zanzara”, spiega Hu, “fa sì che l’acqua mantenga quasi inalterata la propria velocità dopo l’impatto, e che di conseguenza la forza applicata sull’insetto sia abbastanza bassa da non ucciderlo”.
In sostanza, i ricercatori hanno applicato un semplice modello meccanico, quello dell’urto anelastico, per descrivere la fisica della collisione: in una situazione di questo tipo, la quantità di moto totale (grandezza fisica data dal prodotto della massa per la velocità dei corpi che costituiscono il sistema) resta inalterata. Di conseguenza, lo scambio di forze tra goccia e zanzara è minimo e può essere attutito dalla corazza dell’insetto senza provocare conseguenze. Le misure effettuate sull’Anopheles hanno confermato le previsioni teoriche del modello.
Le applicazioni della scoperta, oltre al miglioramento delle conoscenze in campo ecologico, sono molto promettenti: “Studiare come gli insetti si adattano a condizioni climatiche ostili”, conclude Hu, “può essere utile per migliorare gli attuali robot volanti bioispirati, usati nella sorveglianza e nelle operazioni di ricerca e salvataggio”.
Riferimenti: Pnas doi: 10.1073/pnas.1205446109
Credit immagine a smccann / Flickr
E’ una cagata pazzesca: state dicendo che se mi metto davanti ad un treno in corsa posso stare tranquillo che tanto il treno correrà via come se io non ci fossi (e questo è vero) e dunque non mi imprimerà una forza significativa…
Gentile hcronin,
la collisione tra goccia d’acqua e zanzara ha in realtà qualche differenza sostanziale rispetto a quella tra uomo e treno (infatti nel primo caso la zanzara sopravvive, nel secondo l’uomo soccombe).
Nella fattispecie, zanzara e goccia d’acqua sperimentano un urto anelastico: di conseguenza, come raccontato nell’articolo, si conserva la quantità di moto totale e la velocità totale del sistema “zanzara+goccia” dopo l’urto è praticamente uguale a quella della sola goccia prima dell’urto, proprio in virtù del basso peso della zanzara. E fin qui tutto simile rispetto alla metafora che lei propone.
Tuttavia, l’esperimento ha mostrato come le gocce d’acqua non si “frammentano” durante l’urto, ma semplicemente si deformano, indipendentemente dal loro raggio (ma, ancora una volta, solo grazie al fatto che la zanzara ha un peso ridotto rispetto alla goccia). A questo punto, è facile stimare la forza dell’impatto anelastico conoscendone la durata temporale (che i ricercatori hanno misurato in 0.5-1.8 millisecondi), tramite il teorema dell’impulso. Nel limite di insetto molto leggero rispetto alle gocce (che è proprio il caso in considerazione), i ricercatori hanno mostrato che la forza applicata decresce in proporzione alla dimensione della zanzara: per la precisione, nel caso dell’Anofele è stata stimata una forza di 0.002-0.006 N. Tale forza provoca una forte accelerazione dell’insetto, intorno a 300-400 g, che però è ampiamente sopportabile grazie al suo robusto esoscheletro: perciò l’insetto sopravvive. Se invece la zanzara stesse volando molto bassa, la situazione sarebbe diversa: potrebbe colpire il suolo o finire dentro una pozzanghera e quindi morire.
Grazie mille e cordiali saluti.
Chiedo scusa per i toni.
Però.
Nel caso della zanzara l’urto è (parzialmente) elastico; è nel caso di un uomo contro il treno che l’urto è completamente anelastico.
La quantità di moto si conserva sempre, sia in urti elastici che anelastici. E’ l’energia che “non si conserva” negli urti anelastici (perché viene dissipata in deformazione e calore).
Tutte queste precisazioni per dire che il “vero” motivo per cui la zanzara sopravvive è la robustezza del suo esoscheletro. Se invece si pone in evidenza che il motivo sarebbe la differenza di massa fra la goccia e la zanzara, allora anche lo scontro treno-uomo soddisfa questa condizione, e dunque l’obiezione che sollevavo è lecita.
Grazie comunque della risposta.