а) Наблюдая летом за пчёлами, можно заметить, что пчёлы − сторожа, охраняющие вход в улей, не обращают внимания на прилетающих рабочих пчёл, но очень агрессивно реагируют на трутней, пролетающих рядом, хотя те имеют ту же окраску, форму и размеры тела. Каким образом пчёлы − сторожа отличают рабочих пчёл от трутней?
б) По высоте тона, порождаемого крыльями летящей пчелы, можно определить, куда летит пчела − из улья за мёдом или обратно в улей. Каким образом?

Теоретическая часть для решения задачи:

В данной задаче рассматриваются два аспекта поведения пчёл, связанные с их физическими характеристиками и особенностями взаимодействия с окружающей средой: различие между рабочими пчёлами и трутнями, а также звуки, издаваемые крыльями пчёл при полёте.

Часть а): различие между рабочими пчёлами и трутнями

Пчёлы, как социальные насекомые, обладают сложной системой общения, которая включает химические сигналы, движения и звуки. Одним из ключевых механизмов их общения является использование феромонов — химических веществ, которые выделяются пчёлами и играют роль сигналов для других членов улья. Феромоны выполняют различные функции, включая опознание «своих» и «чужих» особей.

Рабочие пчёлы и трутни выделяют разные наборы феромонов. Сторожевые пчёлы могут отличать рабочих пчёл от трутней благодаря способности распознавать эти химические сигналы. Рабочие пчёлы и трутни имеют разные биологические роли, поэтому их химические свойства (включая запах) различаются. Например:

• Рабочие пчёлы активно участвуют в сборе нектара и пыльцы, уходе за расплодом и других задачах внутри улья. Их феромоны обладают характерными признаками, которые ассоциируются с их функцией в улье.
• Трутни, напротив, не участвуют в добыче пищи и уходе за потомством, их главная функция — оплодотворение матки. Их химические сигналы отличаются от рабочих пчёл, что позволяет сторожевым пчёлам узнавать их.

Таким образом, сторожевые пчёлы реагируют на трутней агрессивно, потому что они не выполняют полезных функций для улья (особенно в условиях отсутствия необходимости размножения) и представляют собой «балласт» для пчелиной семьи.

Часть б): высота тона звуков крыльев летящей пчелы

Звук, издаваемый крыльями летящих пчёл, напрямую связан с частотой их взмахов. При полёте крылья пчёл совершают колебательные движения, создавая звуковую волну, частота которой определяется количеством взмахов крыльев в единицу времени.

• Когда пчела летит из улья за нектаром или пыльцой, она обычно несёт минимальный вес, так как её тело не дополнительно нагружено собранной пищей. В этом случае частота взмахов её крыльев выше, что приводит к излучению звуков с более высоким тоном.

• Когда пчела возвращается в улей с нектаром или пыльцой, её тело нагружено собранными запасами. Дополнительный вес требует от пчелы увеличения силы, чтобы поддерживать себя в воздухе, а частота взмахов её крыльев снижается. Это приводит к излучению звуков с более низким тоном.

Таким образом, высота тона звука, издаваемого крыльями, зависит от состояния пчелы и её загрузки. По изменению частоты звука можно определить, куда летит пчела — налегке из улья за пищей или с грузом обратно в улей.

Дополнительные физические явления

1. Связь частоты колебаний и звука: Высота звука, воспринимаемого человеком, определяется частотой колебаний. Чем выше частота взмахов крыльев, тем выше тон звука.
2. Сопротивление воздуха: При увеличении нагрузки на пчелу сопротивление воздуха возрастает, что влияет на её полётные характеристики и частоту взмахов крыльев.
3. Аэродинамика: Сила, развиваемая пчелой для полёта, зависит от её массы. Чем больше масса, тем больше энергии требуется для подъёма и поддержания в воздухе.

Понимание этих аспектов помогает объяснить оба аспекта задачи, касающиеся поведения пчёл и физики звуков, издаваемых их крыльями.