Geheimnisse des Zikadenklangs

Geheimnisse des Zikadenklangs

Video: Geheimnisse des Zweiten Weltkrieges (Kann 2020).

Anonim

vom American Institute of Physics

Von allen Käfern, die den Mantel des Sommerschädlings erreichen, sind Zikaden vielleicht die neugierigsten. Sie stechen nicht, sie beißen nicht, sie schwirren nicht um deinen Kopf, sie schmecken gut in Schokolade, aber wie das Ertrinken der 17-jährigen Brut in diesem Sommer erinnern wird: Wir würden sie weniger lieben, wenn sie tauchte häufiger auf.

Zikaden sind unter Insekten in ihrer Fähigkeit einzigartig, laute und ärgerliche Töne abzugeben. Also, warum sollte jemand tatsächlich diese Klänge replizieren wollen?

Ein Team von US Naval-Forschern arbeitet seit einigen Jahren an genau diesem Problem, denn es stellt sich heraus, dass die bescheidene Zikade natürlich eine zwingende, ungelöste Herausforderung in der Unterwasserkommunikation gelöst hat: Wie man mit einem sehr kleinen Körper ein extrem lautes Geräusch macht sehr wenig Energie.

Während des 21. Internationalen Kongresses für Akustik (ICA 2013), der vom 2. bis 7. Juni in Montreal stattfand, wird das Team, das im Naval Undersea Warfare Center (NUWC) in Newport, RI, stationiert ist, seine neuesten Ergebnisse zur Analyse des Klangs der Zikade vorstellen - erste Schritte für die Herstellung von Geräten, die es für die Fernerkundung unter Wasser, für die Kommunikation von Schiff zu Schiff, für Rettungseinsätze und andere Anwendungen imitieren würden.

Wie Zikaden ihren Klang machen

Die Menschen haben sich seit Tausenden von Jahren über das periodische Auftauchen von Zikaden gewundert, und schon in den 1940er Jahren haben Wissenschaftler versucht, die Geheimnisse dieses seltsamen Insekts aufzudecken. Aber erst kürzlich war es möglich, die physikalischen Eigenschaften der Zikade mithilfe von Lasern sorgfältig zu messen, um gleichzeitig die Schwingung ihrer "Becken" zu messen, das gewellte Exoskelett des Insekts, das für den Klang verantwortlich ist, erklärte Derke Hughes, eine Forscherin an der Naval Undersea Warfare Center.

Hughes arbeitet an einem nicht finanzierten Projekt, um die Geheimnisse des Insekts in seiner Freizeit aufzudecken, und arbeitet mit anderen Freiwilligen zusammen. In Montreal werden Hughes und seine Kollegen Arbeiten zur nichtlinearen Natur von Zikadenpaarungsaufrufen vorstellen.

Ihre Analyse zeigt, dass die Insekten es schaffen, ihren unglaublich großen Klang zu erzeugen, weil sie eine einzigartige Anatomie haben, die eine gerippte Membran am Rumpf kombiniert, die vibriert, wenn sie ihren Körper verformen.

Während diese grundlegende Einsicht klar ist, ist das Problem der Wiedergabe des Klangs immer noch entmutigend, sagte Hughes. Er hat noch kein genaues physikbasiertes Modell ausgearbeitet, das beschreibt, wie die Zikade ihren Klang erzeugt, wenn sie ihren Körper deformiert. "Wir arbeiten immer noch daran", sagte er.

Ein zweiter Vortrag in Montreal wird einen Versuch beschreiben, eine vollständigere physikalische Erklärung dafür zu geben, wie die Zikade Geräusche erzeugt. Die Erklärung, kurz gesagt, ist, dass eine Knickrippe in ihrer schnellen Bewegung durch Aufprall auf den Teil der Anatomie der Zikade, ein Becken genannt, angehalten wird, der in gewisser Weise wie ein Gong wirkt, der von einem Hammer getroffen wird. Es wird mit nahezu einer Frequenz in Schwingung versetzt, und die Schwingung klingt schnell ab.

Wie alle Ihre Rippen auf einmal knicken

Um zu verstehen, wie die Zikade klingt, müsste man sich vorstellen, die Rippen so weit zu ziehen, dass sie einknicken, loslassen und dann den Zyklus wiederholen, sagte Hughes.

Wenn Ihr Körper wie eine Zikade wäre, so erklärte er, hätten Sie auf beiden Seiten Ihres Rumpfes einen dicken Satz Muskeln, mit denen Sie so weit in Ihre Brust eintauchen können, dass alle Rippen nach innen nach innen knicken eine deformierte Position. Wenn Sie den Muskel loslassen, können Ihre Rippen wieder in ihre normale Form zurückschnappen, und wenn Sie dann erneut am Muskel ziehen, wird dies wiederholt. Die Zikade wiederholt diesen Zyklus für ihre linke und rechte Seite ungefähr 300 bis 400 Mal pro Sekunde.

"Das ist im Grunde, was in der Zikade passiert", sagte Hughes.

Die Nachbildung dieses Klangs ist eine Herausforderung, da das Zirpen der Zikade nichtlinear ist - es ist nicht einfach, einen Teil zu bewegen und den daraus entstehenden Klang. Das Knicken ist kein gleichmäßiger Vorgang, und die Beckenoberflächen vibrieren phasenverschoben miteinander und bilden dann zusammen einen Klang, der selbst die lautesten Sommergrills übertönen kann.

Warum Zikaden Lärm machen

Die Ursache für all das Zwitschern sei die älteste der Natur, sagte Hughes. Zikadenmänner machen Geräusche, um nahegelegene Frauen anzulocken, die darauf mit einem Flügelschlag reagieren. Das Männchen hört das und reagiert, indem es näher kommt.

Vor ein paar Jahren haben Hughes und seine Kollegen gezeigt, dass der Klang der männlichen Zikade leiser wird, wenn sie sich der weiblichen nähert. Hughes beschrieb dies als die Zikade, die ihre beste Schlafzimmerstimme anlegte und das Insektenäquivalent von "Hey, Baby" aussprach.

In Feldversuchen haben er und seine Kollegen gezeigt, dass sie die männliche Zikade austricksen können, indem sie ein Knackgeräusch erzeugen, das die weibliche nachahmt.