Рожденные ползать змеи вполне комфортно чувствуют себя даже на самой гладкой поверхности. Ученые решили раскрыть секрет их быстрого и крайне неудобного (на наш взгляд) способа передвижения.

Просвечивая слой желатина, по которому ползет змея, ученые могли фиксировать глубину, на которую он вдавливается, а значит – и силу, которая прикладывается при ползании отдельными участками тела змеи

Каждый, кому доводилось наблюдать за змеями, наверняка замечал, как быстро эти гибкие создания способны перемещаться. Иногда их скорость заметно превышает скорость нашего бега, хотя, на первый взгляд, ползание – весьма неудобный способ. Пока что не имеется определенного и однозначного мнения о том, как именно змеи ползают и какие физические механизмы лежат в основе этого процесса. Так, считается, что, изгибаясь, они просто отталкиваются от мелких неровностей почвы, камешков и веточек. Однако недавнее исследование опровергает это мнение.

Дэвид Ху (David Hu) рассказывает, что при внимательном изучении обнаружилось: чешуйки на брюхе змеи ориентированы таким образом, что препятствуют смещению в направлении хвоста и вбок. Он говорит: «Таким образом, эти чешуйки создают предпочтительное направление движения – примерно так, как у лыж или коньков, или обычных колес. Для всех этих средств передвижения направление вперед куда менее энергозатратно, чем смещение в сторону».

Такое явление можно назвать «фрикционной анизотропией», то есть неравномерным трением при движении в разные направления. В принципе, его существование было предположено и раньше, но детали до сих пор оставались неизвестными.

Чтобы изучить это свойство чешуи, для начала Дэвид Ху и его коллеги создали математическую модель движения змей, определив скорость перемещения центра масс змеи, как функцию от скорости и размера «волн», пробегающих по ее изгибающемуся телу, а также от фрикционной анизотропии ее чешуек. Модель двигалась так, как и положено змее, продемонстрировав, что ее перемещение складывается из энергичных движений тела, которые «направляются» неоднородностью трения, создаваемого особенностями строения чешуек.

Свои теоретические выкладки ученые проверили в нескольких экспериментах. Они замерили трение, которое создают чешуйки в различных направлениях, изучили ползание змей на плоских и гладких поверхностях – и все опыты подтвердили справедливость описанного механизма. Предсказанные моделью цифры прекрасно согласовались с практическими измерениями.

По пресс-релизу Georgia Institute of Technology