Этим вопросом заинтересовались американские зоологи Роджер Фарли и Филип Браунелл. В Калифорнии, где они работают, водятся удобные для экспериментов песчаные скорпионы, достигающие 8 сантиметров в длину.

Скорпионы подслеповаты, хотя представите ли разных видов имеют от 6 до 12 глаз. К тому же охотятся они ночью, и зоологи давно поражаются ловкости, с которой скорпионы хватают мелких насекомых. С наступлением темноты скорпион вылезает из норки и ждет на поверхности песка жертву. Он может часами оставаться неподвижным, но стоит ночной бабочке присесть на песок, следует мгновенный бросок, и насекомое оказывается в клешнях охотника. Как хищнику удается заметить свою жертву?

Оказалось, что хищник замечает прикосновение к песку с расстояния 30 сантиметров, а на расстоянии до 10 сантиметров его оценки направления и дистанции настолько точны, что первый же бросок оказывается успешным. Какие же ориентиры использует это членистоногое?

Так как скорпионы охотятся только в темноте, изучать их поведение сложно. К счастью, хитиновый покров этих паукообразных при освещении невидимым ультрафиолетом ярко светится синевато-зеленым светом. Экспериментаторы устроили в лаборатории песчаный полигон, осветили его ультрафиолетом и, прикасаясь к песку палочкой, стали наблюдать за реакцией скорпионов.

Волны сжатия распространяются сравнительно быстро (в слежавшемся песке - со скоростью около 200 метров в секунду, в рыхлом - 120) и идут как по поверхности песка, так и в его глубине. Рэлеевские волны идут медленнее (40-50 метров в секунду) и только по поверхности.

Только не зрительные. Закрашивание всех восьми глаз песчаного скорпиона непрозрачным лаком ничуть не повлияло на точность бросков. Но когда экспериментаторы устроили песчаный полигон со щелью между двумя участками, оказалось, что прикосновение к участку, отделенному от того, на котором стоит скорпион, не вызывает у животного никакой реакции. Но если хотя бы одна его нога стоит на соседнем участке, скорпион немедленно настораживается: он чувствует сотрясения песка лапками. Считается, что песок - плохая среда для передачи механических колебаний, но опыты с пьезоэлектрическими вибраторами и детекторами колебаний показали, что в нем распространяются колебания двух видов - волны сжатия и рэлеевские волны.

Это выяснили недавно немецкие физики из Технического университета Мюнхена. Восемь ног скорпиона расставлены на песке примерно по кругу диаметром 5-6 см. Так что к ноге, самой близкой к жертве, медленная рэлеевская волна приходит примерно на одну миллисекунду раньше, чем к самой дальней. Когда щелевидная сенсилла ощущает волну, она посылает в центральную нервную систему скорпиона два сигнала. Один сигнал заставляет нейрон, соединенный с этой ногой, запустить серию импульсов. Другой сигнал идет в нейрон противоположной ноги, и он переключает этот нейрон на торможение. И когда до этой ноги с миллисекундным опозданием доходит идущее по песку сотрясение от рэлеевской волны, ее нейрон посылает тормозящий сигнал в нейрон той ноги, которая первой ощутила колебания. И тот замолкает. Так происходит с каждой из четырех пар ног, поскольку рано или поздно каждая из них ощущает сотрясение песка. По продолжительности серии импульсов от каждой ноги "мозг" скорпиона и рассчитывает, в каком направлении находится жертва. Как выразился один из немецких физиков, нейроны составляют "комитет" из восьми членов и решение о направлении на жертву выносится их общим голосованием. Клешни и жало скорпиона довершают дело.

Тогда зоологи стали рассматривать лапки скорпиона, чтобы понять, какими органами он улавливает эти волны. На них имеются чувствительные волоски и так называемые щелевидные сенсиллы, органы чувств, родственные тем, с помощью которых пауки замечают малейшие колебания своей паутины. Так как ноги скорпиона сравнительно велики, удалось подключить к ним электроды и записать с них два сигнала при каждом сотрясении песка: первым появляется сильный импульс, сообщающий о прибытии быстрых волн сжатия, за ним следует импульс с меньшей амплитудой, соответствующий прибытию более медленных волн Рэлея. Раздражая поочередно волоски и щелевидные сенсиллы, ученые обнаружили, что сигнал о волнах сжатия дают волоски, а о рэлеевских волнах - щели. Расстояние до цели определяется по величине запаздывания между двумя сигналами от одной лапки! Чем больше расстояние, тем позже приходит вторая волна. Но как определяется направление на цель?

В твердой среде имеется два вида сопротивлений внешним механическим воздействиям: сопротивление изменению объема и сопротивление сдвигу, изменению формы элементов среды. Поэтому в однородном изо-тропном (с одинаковыми характеристиками во всех точках пространства и по всем направлениям в нем) пространстве могут распространяться волны двух типов - соответствующие изменению объема элемента среды и изменению его формы. Волны первого типа называются продольными (либо волнами сжатия или растяжения) или P-волнами (ppima) - при землетрясениях и взрывах они приходят первыми. Волны второго типа, приходящие позже, называются поперечны ми или S-волнами (sekonda). P-волна распространяется со скоростью V_p=, а S-волна -со скоростью V_s=, где и µ - упругие постоянные среды, а p - ее плотность. Максимальная скорость поперечной волны в твердой среде V_s = 0,7V_p, а в жидкостях и газах S-волна не распространяется вообще.

Ю. Фролов. ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХМы привыкли считать земную поверхность чем-то прочным и незыблемым. Однако в земле непрерывно возникают и затухают волны, именуемые сейсмическими. Речь идет не только о катастрофических встрясках земной коры при землетрясениях, даже колебания травы под ветром порождают волны - микросейсмы, которые замечают и регистрируют приборы.

По свободной поверхности среды могут распространяться еще и поверхностные волны двух типов. Одни смещают среду в вертикальной плоскости, другие - в горизонтальной (волны с вертикальной и с горизонтальной поляризацией). Характерный пример волны первого типа - волна Рэлея, которая движется со скоростью C_R 0,9V_s. В романах Фенимора Купера индейцы загодя узнают о приближении всадников, прикладывая ухо к земле: они слышат именно рэлеевскую волну.

Колебания, связанные с S-волнами, могут происходить в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Поэтому их можно разделить на составляющие - например, параллельную земной поверхности и перпендикулярную ей. Они существуют раздельно и называются соответственно плоскополяризованными SH- и SV-волнами.

В лабораторных условиях волны регистрируют пьезоэлектрическими датчиками; в полевых - сейсмоприемниками.

По границе раздела двух твердых сред - полупространства и сравнительно тонкого слоя - может идти поперечная, чисто сдвиговая волна Лява. А когда на такую границу падает S- или P-волна, возникают сразу четыре волны - две отраженные и две преломленные, которые обозначаются как PP, SS и так далее. Если же при отражении или преломлении на границе волна меняет тип, ее называют обменной.

Кандидат технических наук В.Голосов. Песчаный скорпион - довольно крупное животное: его длина достигает 8 сантиметров. И хотя скорпион ведет ночной образ жизни, наблюдать за его поведением несложно. При облучении ультрафиолетом хитиновый панцирь скорпиона ярко светится сине-зеленым светом.

Упругие P- и S-волны успешно используются при анализе землетрясений, для геофизических исследований, поиска полезных ископаемых (в первую очередь нефти и газа), в физике твердого тела. А ночной хищник - скорпион миллионы лет назад "научился" с их помощью охотиться за добычей.

Сейсмоприемники. Корпус прибора заканчивается стальным штырем, который втыкается в землю и обеспечивает надежный акустический контакт с ней.

"Полигон" для исследования поведения скорпиона - ящик с песком, разделенный поперечной щелью. Прикосновение палочки создает в песке волны различного вида - продольные, поперечные и поверхностные. Такие же волны возникают при движении насекомых - добычи скорпиона. Если источник волн и скорпион разделены щелью, животное на сигнал не реагирует. Если же хотя бы одна его лапка опирается на поверхность, которой коснулась палочка, скорпион настораживается и готовится к нападению.

Сейсмические волны в земной коре.

Схема сейсмоприемника. Цилидрический магнит (1) окружен магнитопроводом (2). Между ними имеется узкая кольцевая щель, через которую замыкается магнитное поле. В щели на пружине (3) свободно подвешена катушка с тонким проводом (4). Вся система помещена в корпус (5) и залита вязким маслом. Приходящая волна колеблет корпус приемника вместе с магнитом, а катушка, погруженная в масло, начинает двигаться с запаздыванием. Магнитное поле наводит в ней переменное напряжение, повторяющее форму колебаний. Вязкость масла и жесткость пружины подобраны так, чтобы собственная частота колебаний катушки соответствовала частоте колебаний почвы. Сигнал от приемника по проводам передается к сейсмостанции и записывается на магнитную ленту.



Упругие волны в твердой среде.