100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Птицы с перьями темного цвета движутся в полете более эффективно

Как летают птицы

Летать умеют далеко не все птицы — в ходе эволюции некоторые эту способность утратили. В отряде пингвинов нет летающих видов. В других же группах есть как летающие, так и нелетающие, например бакланы и попугаи. Нелетающие птицы обычно встречаются на островах, где в свое время не водились хищники. Однако в наши дни они могут стать жертвой собак, мангустов и других хищников. Не летают также очень крупные птицы, например страусы, зато они быстро бегают и защищаются с помощью сильных ног.

Чтобы летать, нужно быть сильным, но легким. У многих видов птиц есть полые кости с поперечными перегородками для прочности. Пустоты в костях соединены с системой воздушных мешков — легочных и носоглоточных, что позволяет иметь резервный запас воздуха и вентилировать мускулы.

Для птиц характерно сращение костей, благодаря чему увеличивается жесткость скелета и создается прочная опора движущимся крыльям и ногам. Грудная клетка и позвоночник гораздо менее подвижны, чем у других позвоночных животных. Зато у птиц очень подвижная шея.

Как птицы зависают в воздухе

Обычно, когда птица машет крыльями, она движется вперед. Но некоторые виды, например скопы, нектарницы и зимородки, могут висеть в воздухе.

Удивительны в этом отношении крохотные колибри, которые зависают перед цветком, чтобы выпить нектар. При этом птичка как бы стоит на хвосте, а крылья быстро описывают восьмерку в горизонтальной плоскости. Колибри способны очень долго и с большой частотой махать крыльями благодаря тому, что их грудные мышцы огромны по отношению к размерам тела.

Как колибри зависает в воздухе

Когда птица летит вперед, тяга создается лишь опусканием крыла, а подъемная сила — опусканием и взмахом. У других птиц подъемная сила возникает только при движении крыла вниз. Когда колибри зависает, туловище и крылья принимают почти вертикальное положение, При этом крылья создают подъемную силу, но не тягу.

Почему парят орлы

Почти все птицы время от времени парят, хотя бы недолго. Даже колибри могут прервать свой жужжащий полет, чтобы спланировать с цветка на цветок на неподвижных крыльях.

Такие тяжелые птицы, как лебеди и дрофы, парят лишь при приземлении. Мелкие птицы, как правило, не могут эффективно скользить по воздуху сколько-нибудь продолжительное время. Для многих птиц парение — это не только альтернатива обычному машущему полету. Некоторые виды ястребов, а также орлы, пеликаны и аисты летают в основном именно паря -скользя по воздуху вверх. Имея длинные по сравнению с телом крылья, эти птицы используют восходящие потоки воздуха (если воздух неподвижен, так летать невозможно).

Восходящие потоки воздуха существуют возле препятствий: в горах, над холмами, обрывами и т.п. — здесь они небольшие, локальные. Кроме того, обширные воздушные массы поднимаются вверх, когда отраженное тепло солнца нагревает воздух у поверхности земли. В таком потоке движение вверх происходит по широкой спирали, при этом поднимающаяся воздушная масса образует как бы большой купол. Термических восходящих потоков обычно нет над большими водными пространствами, а также ночью. За некоторыми исключениями, парящие птицы избегают мест, где море встречается с сушей, и не летают в темноте.

Птицы парят в воздухе

В восходящем потоке птица поднимается кругами на большую высоту, перемещается в нужном направлении по горизонтали в процессе плавного спуска, достигает следующего потока и снова кругами поднимается вверх. Таким способом птицам за один день удается покрыть большое расстояние, преодолеть в итоге тысячи километров

Хищные птицы превосходно летают. Среди них есть настоящие воздушные акробаты, например полевой лунь, который передает пищу своей партнерше в полете. Самец и самка различаются по цвету, но у обоих белая гузка.
Самец бросает добычу самке, которая переворачивается вверх ногами, чтобы ее поймать.

Почему морские птицы так хорошо летают

Восходящие потоки воздуха, обеспечивающие парение птиц над сушей, отсутствуют над морем. Поэтому такие птицы, как альбатросы, буревестники и олуши, используют принципиально иную технику парения.

Морские птицы владеют особым планирующим полетом, использующим силу горизонтальных ветров и отраженных от волн струй воздуха. Воздушные течения у поверхности воды медленнее, чем на высоте. Птица планирует с высоты почти до самой воды, затем за счет ускорения от спуска взмывает вверх и резко поворачивает против ветра. Ветер создает подъемную силу, перенося птицу вверх, в полосу более мощных воздушных потоков. Наконец она разворачивается и снова планирует вниз.

Взлет и приземление птиц

Для многих птиц взлет и посадка являются самым трудным маневром. При взлете птице необходимо придать сильное ускорение, чтобы оторваться от земли или ветке. Например, маленький воробей перед взлетом подпрыгивает и начинает быстро махать крыльями. Более тяжелые пернатые, что бы взлететь, делают разбег с расправленными крыльями. Водоплавающие птицы, чтобы набрать скорость бегут по воде перед взлетом.

Властелины воздуха стрижи и фрегаты не способны подняться в воздух с земли, для взлета эти птицы падают с высоты расправив крылья.

При приземлении птицы планируют с помощью крыльев. Во время посадки их тело разворачивается вертикально, птица распускает хвост, а ноги опускает вниз, выставив вперед. Роль тормоза при приземлении у птиц выполняет крылышко, это пучок перьев на первом пальце крыла.

Для приземления птице нужно трансформировать поступательное движение и смягчить удар о землю. Если движение не замедлится достаточно или помешает порыв ветра, птица может разбиться.

Как взлетают и приземляются птицы

При посадке утка низко летит над водой и приводняется, тормозя своими перепончатыми лапами и создавая крыльями обратный ход, чтобы снизить скорость. Для взлета с воды или с суши птица создает крыльями поток воздуха. Так, нырок бежит по воде, хлопая крыльями, пока не наберет достаточной скорости для отрыва от поверхности.

Ласточки в полете

Ласточки в изящном и долгом полете ловят насекомых, на лету касаются воды, чтобы попить. Здесь изображена ласточка-касатка, распространенная в Европе, Северной Америке, Азии и Африке. Эти птицы редко опускаются на землю, в основном за материалом для гнезда. Этим занимаются самцы, у которых хвост длиннее и вилка на нем глубже, чем у самок, чья задача — строить гнездо.

У ласточек очень длинные сезонные перелеты: ласточки-касатки перелетают из Норвегии в Южную Африку, покрывая 11 000 км. Преследуя летающих насекомых, ласточки почти все время изменяют направление полета. Ласточки на лету не только едят, но и пьют, очень широко раскрывая клюв.

Как птицы обходятся без рук

Поскольку у птиц передние конечности видоизменены в крылья, обычные их функции — ходьба, хватание, лазание, плавание — выполняются иным образом. Для ходьбы, бега и прыжков птицам служат задние конечности. Плавают и лазают они тоже с помощью ног, хотя иногда используются и другие части тела. В тропических лесах Южной Америки птенцы гоацина взбираются на деревья при помощи особых когтей на крыльях, попугаи используют для этой цели клюв. Некоторые водоплавающие птицы полурасправленными крыльями гребут, как веслами, а сухопутные птицы, упав в воду, могут догрести до безопасного места тоже с помощью крыльев. Птицы поднимают предметы клювом. Попугаи, ястребы и вороны могут манипулировать предметами и при помощи ног.

Читайте так же:
Самые крупные породы собак в мире – список, размер, вес, названия, фото и видео

Какие органы чувств нужны для полета

У птиц прекрасное зрение. С помощью глаз они обнаруживают препятствия и пищу, определяют расстояние, ориентируются по звездам. По зрению птицы занимают первое место в животном мире. В полете важно также чувство равновесия и положения тела. Что касается птиц, то у них равновесие заложено анатомически: вес и взаимное расположение органов оптимальны для эффективного полета. Равновесие поддерживается при помощи заполненного жидкостью внутреннего уха, которое действует по принципу гироскопа: птица определяет отклонение от горизонта и может сохранять нужную высоту полета.

Не столь ясна роль осязания в полете. Воздушные потоки, непрерывно меняющие направление и силу, продувают перья птицы. В коже у основания пера имеются нервные окончания, чувствительные к вызванному воздушными потоками движению перьев. Птица может шевелить каждым пером в отдельности, сокращая мышцы у его основания. Осязание помогает уложить перья аэродинамически оптимально.

Мясо домашней птицы — это мышечная ткань, которая может состоять из волокон двух разных типов. В белых мышечных волокнах, способных к быстрому сокращению, источником энергии служит гликоген. Однако их кровоснабжение ограничено, эффективность накопления энергетических запасов и удаления продуктов жизнедеятельности сравнительно невелика. Птицы, у которых в грудных мышцах преобладают белые волокна, не способны к длительному полету.

Красные волокна тонкие, густо пронизаны кровеносными сосудами и сокращаются несколько медленнее. У кур и других нелетающих птиц, которые почти постоянно находятся на ногах, в ножных мышцах преобладают красные волокна и они темнее грудных. Такие птицы, как ласточки, которые почти все время находятся в полете, а ходят мало, имеют темные грудные и светлые бедренные мышцы. В красных волокнах основной источник энергии -жир, они обеспечивают продолжительные полеты.

Почему птицы не устают

Крошечная славка, взмахивая крыльями несколько раз в секунду, может лететь безостановочно 10 часов и долее. Птицы покрывают гигантские расстояния без видимых признаков усталости. Выносливость обеспечивается удивительной синхронизацией всех систем организма. Мышцы, поднимая и опуская крылья, одновременно сжимают и расширяют грудную клетку, наполняя и опорожняя легкие. В результате дыхание совпадает по частоте с движением крыльев.

Строение и функционирование птичьих легких уникально. Когда птица дышит, некоторое количество воздуха через бронхи попадает сразу в легкие, где в губчатой ткани кислород воздуха поступает в кровь. Но большее количество воздуха проходит через легкие насквозь (почти без газообмена) в воздушные мешки, откуда при выдохе попадает в дыхательные трубочки легких и отдает свой кислород. Таким образом, птица получает кислород и на вдохе, и на выдохе.

Разгадан секрет очень черных крыльев райских птиц

Самцы райских птиц и вида из близкого семейства

Рис. 1. Самцы райских птиц (а, cg) и вида из близкого семейства (b). а — райская ворона (Lycororax pyrrhopterus), b — мелампитта (Melampitta lugubris, семейство Melampittidae, родственное райским птицам), c — астрапия принцессы Стефании (Astrapia stephaniae), d — нитчатая райская птица (Seleucidis melanoleucos), e — щитоносная райская птица (Lophorina paradisea) во время ухаживания, f — паротия Ванеса (Parotia wahnesi), g — чудесная райская птица (Lophorina superba) во время токования (на переднем плане — самка). У птиц на фото a и b «обычный» черный цвет оперения, на фото cg — в оперении есть «суперчерные» партии. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature communications

Американские ученые, заинтригованные глубокой черной окраской перьев некоторых видов райских птиц, изучили их строение под электронным микроскопом. Выяснилось, что черный цвет обусловлен не пигментами — меланинами — как это обычно бывает у птиц. Все дело в строении бородок пера, на концах которых есть «бахрома» из нановыростов. Такая структура отлично поглощает свет — до 99,95% видимого спектра, что и приводит к очень насыщенной черной окраске. По показателю поглощения перья райских птиц близки к Vantablack — самому черному из известных материалов.

В живой природе цвет может формироваться двумя способами — пигментным и структурным. В первом случае он возникает благодаря специальным молекулам — пигментам, которые избирательно поглощают, отражают или испускают свет с определенной длиной волны. Во втором случае цвет зависит от структуры поверхности, на которую падает свет и которая его избирательно поглощает и/или отражает. Подробно о структурной окраске рассказано в статье Т. Романовской «Структурный цвет в живой природе». Частный вариант структурной окраски — структурная абсорбция, то есть поглощение света поверхностью. Если таким образом поглощается весь или почти весь видимый спектр, получается черная окраска.

Черное оперение птиц

У большинства птиц черный цвет оперения обусловлен пигментами — меланинами. Они отвечают за черноту хорошо известных нам птиц — ворон, грачей, черных дроздов и др. Кроме того, у некоторых птиц из-за правильно упорядоченных волокон верхнего слоя кератина возникает иридесценция (вариант структурной окраски). Иридесценция выражается в радужных переливах и/или металлическом блеске.

Черное оперение птиц

Черная окраска у птиц бывает матовой (как на голове калифорнийского перепела Callipepla californica, а), блестящей (как у обыкновенного ворона Corvus corax, b) и иридисцентной (как у лодкохвостого гракла Quiscalus major, c). df — бородки второго порядка соответствующего вида под просвечивающим электронным микроскопом (длины масштабных отрезков — 2 мкм). Видно, что чем больше меланиновых гранул, тем темнее окраска (в частности, матовая окраска калифорнийского перепела чернее блестящего оперения ворона). Фото из статьи R. Maia et al. 2010. What makes a feather shine? A nanostructural basis for glossy black colours in feathers

«Элементы» уже рассказывали о необычном поведении самцов чудесной райской птицы. Ухаживая за самкой, самец складывает крылья и растопыривает перья так, что перестает вообще быть похожим на птицу (рис. 1, g)! Опытные наблюдатели заметили еще одну особенность этого и ряда других видов райских птиц (семейство Paradisaeidae). Черный цвет их оперения визуально кажется темнее (чернее), чем черное оперение других птиц (рис. 1). Недавно группа ученых из США подтвердила это наблюдение и, главное, разобралась, как возникает этот эффект. Для этого исследователи изучили черные перья семи видов (все они изображены на рис. 1) — шести видов райских птиц и одного вида — мелампитты — из близкого семейства (Melampittidae). У мелампитты и райской вороны черная окраска обусловлена меланинами, то есть их черный цвет — вполне обычный. А у остальных участвовавших в исследовании райских птиц есть «суперчерные» партии оперения. Как правило, они используются в брачных демонстрациях. У некоторых видов, например, у чудесной райской птицы, наряду с суперчерными, есть и обычные меланиновые черные перья. Они расположены на спине и при токовании самец самке их специально не демонстрирует. Ученые изучили не только суперчерные перья этого вида, но и обычные, взятые со спины.

Читайте так же:
Почему в Америке и Европе нет отчеств, а в России есть у всех?

Для начала перья изучали с помощью спектрофотометра и дейтерий-галогенового источника света DH-2000-BAL фирмы Ocean Optics. Этот источник, благодаря дейтериевой и галогеновой лампам, а также специальным фильтрам, может, в частности, давать на выходе свет заданной интенсивности, в составе которого в равной степени представлен весь видимый спектр. Это позволяет избежать искажений в спектрах изучаемых образцов, поскольку они освещаются сбалансированным световым пучком.

Спектрофотометрия показала, что суперчерное оперение отражает всего 0,05–0,31% света (то есть поглощает до 99,95% видимого спектра). А обычные черные перья (райской вороны, мелампитты, и те, что были взяты со спины чудесной райской птицы) отражают на один, а то и на два порядка больше: 3,2–4,7% излучения (рис. 2).

Рис. 2. Отражательная способность перьев шести видов райских птиц и мелампитты

Рис. 2. Отражательная способность (% отраженного света) перьев шести видов райских птиц и мелампитты. У чудесной райской птицы (Lophorina superba) отдельно изучали перья спины (back) и суперчерные перья «накидки» (cape). Обычным черным перьям соответствуют три верхние линии красного, розового и синего цветов, а скопление линий внизу графика — суперчерные перья райских птиц. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature communications

Эти значения говорят о том, что светопоглощательная способность суперчерных перьев райских птиц приближается к искусственным материалам с очень высокой степенью поглощения. Так, самый черный на сегодня материал — Vantablack — поглощает 99,965% видимого света. Vantablack состоит из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, а поглощение происходит за счет того, что свет проникает внутрь материала, где происходит многократное отражение от стенок нанотрубок.

Суперчерные крылья бабочек

Помимо перьев райских птиц хорошо поглощают свет крылья некоторых бабочек. Поглощая до 98–99% видимого света, она также выглядят очень черными. Это связано с особой микроструктурой чешуек. (Напомним, что крылья бабочек покрыты маленькими чешуйками, налегающими одна на другую по принципу черепицы.) Суперчерные чешуйки самца бабочки Troides aeacus из семейства парусников (Papilionidae, рис. а) состоят из верхней антибликовой части и тонкой пленки под ней. Верхняя часть состоит из равномерно распределенных Λ-образных гребней. Гребни соединены между собой перемычками — жилками. В результате образуется решетка с продолговатыми отверстиями размерами около 490×380 нм (и диагональю около 620 нм, рис. с–e).

Поскольку длина волны видимого света попадает в диапазон 380–780 нм, размеры отверстий позволяют проникать в них большей части видимого света. Фотоны света «заходят» в отверстия и многократно отражаются от них. Свет с большей длиной волны отражается в основном от гребней, так как внутрь отверстий пройти не может. Многократное отражение приводит к поглощению света — так же, как и в случае Vantablack.

Суперчерные крылья бабочек

а — общий вид самца бабочки Troides aeacus (длина масштабного отрезка — 2 см). b — фотография черной поверхности крыльев с помощью оптического микроскопа (длина масштабного отрезка — 50 мкм). c, d — микрофотографии крыла под электронным микроскопом при разном увеличении: длины масштабных отрезков — 5 мкм (c) и 1 мкм (d). Показаны отверстия (holes), гребни (ridges) и жилки (rib). e, f — модель наноструктуры суперчерных чешуек (e — вид сбоку, f — вид сверху): видны отверстия (помечено буквой «k» на виде сверху) и ребра (буква «а» на виде сбоку указывает на расстояние между соседними ребрами). Фото и рисунки из статьи Q. Zhao et al., 2011. Art of blackness in butterfly wings as natural solar collector

Чтобы разобраться с необычными особенностями черного оперения райских птиц, ученые использовали растровый электронный микроскоп. Как известно, перья птиц состоят из стержня, от которого отходят бородки первого порядка, от которых, в свою очередь, отходят бородки второго порядка (см. Стержень, бородки и крючки). Бородки первого и второго порядков располагаются более-менее в одной плоскости, формируя опахало пера.

Выяснилось, что суперчерные перья райских птиц имеют особое строение бородок второго порядка. Прежде всего, кончики бородок второго порядка расходятся на множество микровыростов, образующих бахрому (рис. 3). Есть и еще одна особенность: бородки второго порядка как бы приподняты над плоскостью, в которой находятся стержень пера и бородки первого порядка. В результате они формирую плотный (за счет микровыростов) слой, повернутый примерно на 30° в сторону кончика пера.

Рис. 3. Перья Melampitta lugubris и Parotia wahnesi под электронным микроскопом

Рис. 3. Перья Melampitta lugubris (обычный черный цвет) и Parotia wahnesi (суперчерный) под электронным микроскопом. Видны бородки первого порядка и отходящие от них бородки второго порядка, которые у паротии имеют выросты. Фото из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature communications

Слой крошечных нановыростов и ответственен за поглощение света. Дело в том, что сечение микровыростов меньше длины волны света. Это дает возможность свету проникать внутрь пера. Таким образом, часть попадающего на перо света поглощается, а часть проникает внутрь, но почти ничего не отражается наружу. Внутри пера фотоны света снова отражаются, и часть их опять поглощается. За счет большого количества микровыростов происходит многократное отражение, и каждый раз какая-то часть света поглощается. Это и приводит в результате к тому, чтобы перо поглощает большую часть света. В целом, принцип поглощения тот же, что у материала Vantablack.

Благодаря такой структуре пера в общем-то неважно, какую пигментную окраску оно имеет. Ведь фактически весь свет все равно поглощается. Исследователи подтвердили это оригинальным способом: покрыли перья золотой пылью. Обычное черное перо мелапитты (черный цвет которого обусловлен меланинами) после этой операции стало золотым. А вот с суперчерным пером ничего не произошло: оно как было черным, поглощающим большую часть видимого света, так и осталось (рис. 4).

Рис. 4. Перо мелапитты после напыления на него золота выглядит золотым

Рис. 4. Перо мелапитты после напыления на него золота выглядит золотым (a). Суперчерный цвет пера щитоносной райской птицы не меняется даже после нанесения золотой пыли (b). Фото из обсуждаемой статьи в Nature communications

Интересно, что у райских птиц, как и у бабочек, суперчерные участки часто соседствуют с пятнами очень ярких цветов, как бы оттеняя их. На основе этого наблюдения ученые предположили, что суперчерный цвет возник, чтобы подчеркивать яркие партии оперения. А те, в свою очередь, могут играть роль в брачном поведении. Пока, впрочем, это только гипотеза.

Источник: Dakota E. McCoy, Teresa Feo, Todd Alan Harvey & Richard O. Prum. Structural absorption by barbule microstructures of super black bird of paradise feathers // Nature communications. 2018. DOI: 10.1038/s41467-017-02088-w.

Аэродинамика и механика полёта птиц.

Полет, что это? Штурвал в руке и пара педалей под ногами или ощущение управления воздухом, телом и трехмерным пространством? Перегрузка, вдавливающая в кресло, или дрожь вихрей воздуха на кончиках пальцев и плечах на вираже? «Покатушки» на дельтаплане или «обнимание» теплого потока воздуха, поднимающегося от земли? Холодный расчет конструктора или неторопливый шаг эволюции к совершенству? К сожалению, большинство из этих вопросов риторические. Природа создала птиц, чувствующих небо, человек — летательные аппараты, железки, которые в меру своих возможностей транспортируют его в воздушном океане. Летать самостоятельно он так и не научился, да и не научится. Полет в полном смысле и ощущениях так и останется давней и, к сожалению, совершенно неосуществимой мечтой человека. Своими силами ему в воздух не подняться. Мало того, отрасти у него крылья, он даже не смог бы удержать свой вес в воздухе. По крайней мере, пятьдесят отжиманий — одно из довольно сложных гимнастических упражнений, а для того чтобы взлететь, человеку потребовалось бы постоянно и крайне интенсивно совершать отжимания от воздуха на трехметровых крыльях. Представить размер и формы грудной мускулатуры такого спортсмена можно, если взглянуть на скульптуры монстров, украшающих собор Парижской Богоматери.

Читайте так же:
Первые растения на Земле – фото и видео


Аэродинамика и механика полёта птиц.

И проблема-то, в общем, не в мышцах, а в скорости работы или, как принято говорить в физике, в мощности мышц и всего организма в целом. Ну не может человек пробежать стометровку за три секунды, а для того чтобы взлететь, надо бегать именно так, причем постоянно. Желательно, кстати, на руках. Вот и приходится человеку седлать самые разнообразные летательные аппараты, которые предоставляют ему крылья и, как минимум, 10—20 лошадиных сил под тем самым седлом. Говорить об ощущениях полета в подобных машинах не приходится. Все эти ощущения опосредованы штурвалом, креслом и лямками возле него. Максимум на что может рассчитывать пилот, — это на упругость ветра между пальцами. Да и то, только в том случае, если выставит руку за кокпит, что не всегда рекомендуется. Вот и остаются людям мечты да сны, в которых они чаще всего летают не как птицы, а как воздушный шар, наполненный усилием воли.


Орлан-белохвост — одна из немногих птиц, которая по всем характеристикам и типу полета наиболее близка к самолетам.

И только дайверы различных мастей, давно забросили неосуществимую мечту покорения воздуха и с огромным удовольствием испытывают все ощущения полета в воде. Отсутствие веса, уходящие вниз водоросли и скалы, рельеф дна, парящие рыбы, легкость трехмерного перемещения — все как у пилота в самолете, только все это своими ногами, руками и силами. Но все это в воде, а ощущение полета в воздухе так и остается доступным лишь организмам, которые многим пожертвовали, чтобы летать. Например, птицы «пожертвовали» ради этого «руками», легкими, сердцем, костями и многим другим. И что было кардинально изменено эволюцией в угоду всего одной задаче — полететь. И как полетели, как полетели — на зависть всем аэродинамикам, авиаконструкторам и прочим выпускникам МАИ. И эта «доброкачественная» зависть, а может быть, просто тоска «о небе в ладони», постоянно поддерживает интерес людей к особенностям полета птиц.


Орлан-белохвост — большой рыболюб, а следовательно, обитатель крупных водоемов.

Взлет.


В начале взлета силы крыльев не хватает для разгона 12 кг живого лебединого веса и птица помогает себе ногами.

Самая сложная и загадочная часть полета. Чтобы крыло перестало быть передней конечностью и стало по-настоящему крылом, птице необходимо приобрести скорость. Стрижи и сипы решают эту проблему, просто прыгая с какого-то возвышения и набирая скорость в падении. Качурки и альбатросы разворачивают клюв на ветер, расправляют крылья и, еще находясь на земле или воде, уже начинают двигаться в воздухе. Но абсолютное большинство птиц все-таки способно покинуть землю, не прибегая к подобным ухищрениям, хотя, при возможности, несомненно, пользуется ими.


Крыло пошло вверх В этот момент его лучше немного сложить для снижения сопротивления воздуху.

Как происходит такой взлет? Часть обученного всем правилам аэродинамики населения земли, считает, что птицы взлетают подобно вертолету, хотя и признает, что ни одной «вращающейся части» у них нет.


Дополнительная подъемная сила может возникать и за счет грамотного расположения хвоста и тела.

Да, при взлете птица взмахивает крыльями и может показаться, что именно при резком их опускании возникает основная сила, толкающая птицу вверх. Однако не все так просто. При первом взмахе крылья птицы движутся не просто вверх, они смещаются еще и вперед. Что это дает? Я бы назвал эффект, возникающий в этот момент, эффектом Мюнхгаузена. Барон, помнится, выдергивал себя за голову из болота вместе с лошадью и хвастался, что умной головы для этого достаточно. Стоит с ним согласиться, пустая голова для этого подходит гораздо меньше полной. Но о бароне позже, сначала о птицах.


Движение, или, как говорят аэродинамики, кинематика крыла сложна. Так же как и сложны потоки воздуха, обтекающие его. При поднимании крыла, воздух «продавливает», маховые перья и стекает с них назад, создавая тягу, так необходимую для разгона.

Выдвигая крыло вперед при первом взмахе, птицы широко расставляют крайние, самые большие перья крыла (биологи их так и называют — маховые, да еще и первостепенные). Каждое такое перо само по себе крыло или, если хотите сравнить с вертолетом, лопасть. Таких лопастей у птиц по 10 на каждом крыле (у вертолета всего от двух до восьми). И каждая такая «лопасть» при движении вперед создает подъемную силу.


30 секунд и 50 м разбега позади.

В результате даже при первом резком выбросе крыла вверх и вперед птица зацепляется, а лучше сказать, прилипает «перьями-пальцами» к воздуху и просто вытягивает свое тело за крылом. Чем не мюнхгаузеновский способ покинуть грешную землю? (Кстати, решение вопроса о том, с какой скоростью должна двигаться голова барона весом в 1 кг, чтобы, схватившись за нее, можно было вытащить из болота бренное тело вместе с лошадью, оставляю читателю. Знаю одно: пустая голова должна двигаться быстрее умной).


Впереди небо. Осталось поджать ноги и продолжить свободный полет.

Полет.


Птица зависла в небе. Механика полета как при взлете. А если развернуться головой на ветер, то можно сэкономить много сил за счет «обнимания» потока воздуха.

Дальнейшие события при взлете — дело техники. Чем выше скорость, тем меньше нужны расставленные «маховые пальцы», скоро они складываются вместе, и крыло становится крылом самолета, а не винтом вертолета. Уже при скорости 3—5 м в секунду большинство птиц может спокойно планировать, не утруждая себя «вертолетными» проблемами, а просто опираясь на подъемную силу крыла. Однако хочешь не хочешь, а эту скорость надо поддерживать. Остается только выяснить, что толкает птицу вперед? Где зашиты в ней те самые моторы, винты, турбины, реактивные двигатели и прочая атрибутика, создающая тягу на произведениях авиационного искусства человека? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Кто-то из орнитологов считает, что тяга возникает в момент опускания крыла, кто-то — в момент поднимания. Как обычно все по-своему правы.

Читайте так же:
Создана уникальная карта двойных звезд


Полярная крачка — любительница рыбы и прекрасный во всех отношениях летун.

Первая точка зрения традиционна, но небезупречна. Действительно, махнул крылом вниз, подвернул его при этом чуть назад — и «дал тягу». Но так бывает только тогда, когда именно махнул крылом. Махнул, а не двинул. Беда в том, что от глаз и сознания человека часто скрывается то, что птица при движении в воздухе уже не машет крыльями, а все-таки двигает ими, так же как плывущий человек не машет, а гребет руками. С этой точки зрения тяга при опускании крыла совсем необязательна, особенно если учитывать, что именно при движении крыла вниз оно работает как плоскость, создающая подъемную силу. Другое дело, совершенно нелепое, с точки зрения человека, движение крыла вверх. Оно кажется бесполезным — разве что вернуть крыло в удобное и необходимое положение. Однако именно при этом движении птица за счет наклона крыла создает тягу внешней его частью. Крыло-то идет вверх, а вот воздух, стекающий с него, устремляется назад и дает ту самую тягу. Так что поднимание крыла не совсем бесполезное занятие, в этот момент оно по сути, превращается в винт самолета. Способов управления полетом у птицы масса. Пока она планирует или парит, ее механика и действия мало чем отличаются от механики аэроплана и действий пилота. Те же закрылки, предкрылки и элероны, те же рули высоты. Наверное, и те же навыки-рефлексы. Захотел полететь помедленнее — выставь закрылки или раздвинь маховые. Захотел повернуть — выдвигай элероны или делай так, чтобы одно из крыльев подтормаживало. Выше, ниже? Нет проблем, работай хвостовым оперением. Главное при этом не свалиться в штопор, чтобы поток воздуха не сорвался с верхней поверхности крыльев, ведь вопреки распространенному мнению, основная подъемная сила действует на крыло сверху, а не снизу. Чем быстрее и ровнее поток воздуха, обтекающий эту сторону крыла, тем лучше оно к нему «прилипает». Именно поэтому верхняя поверхность крыльев птиц покрыта более плотным и прочным пером.


Время of времени птица может превращать свое тело в единое летающее крыло.

Вся эта механика управления полетом теперь стала доступна в понимании не только летчикам, но и рядовым «пилотам» персональных компьютеров, проводящим свободное время за штурвалами различных FLY-симуляторов. Но это механика негнущегося крыла. У птиц крылья гнутся, каждое перо почти крыло, а все «осмысление» полета зашито с рождения в мозжечке. И думаю, им было бы так же интересно поиграть в симулятор ходьбы человека, как нам в симуляторы полета. Особенно если ходьбу разложить на составляющие, как полет, а потом долго получать из этих составляющих нечто цельное. И все-таки в запасе у птиц остаются режимы, которые человеком до сих пор не освоены. Зависание, или, как его еще называют, трепетание на месте — поведение, доступное крачкам, чайкам, колибри, некоторым хищным и многим другим птицам, и совершенно недоступное, например альбатросу, как классическому представителю «самолетной идеи» в творчестве эволюции. Механика та же, что и при взлете, только движения вперед нет. Вот она настоящая борьба за выживание в небе. Это вам не воздух рубить лопастями. Каждый вихрь, каждая аэродинамическая закорючка или поток становятся значимыми и каждую из них надо почувствовать и опереться на нее. Высочайший класс полета, экзамен на зрелость в эволюции летающих животных. Овладевший им по определению не падает. Единственная проблема — огромные затраты энергии на подобное поведение. Все-таки птице оно обходится как минимум в 1,5 раза дороже, чем полет по прямой, и в 16 раз, чем планирование или сидение на ветке.


Не путайте полярную крачку с чайками, у которых никогда не бывает столь стройного облика и хвоста с длинной «вилочкой».

Посадка.


Клуша, довольно крупная чайка — обитательница морских побережий. Отличная летунья, часто использующая порывы ветра, для экономии энергии в полете.

И последнее — приземление, хотя в применении к птицам это слово лучше заменить на слово посадка. Любой пилот знает, что без автопилота попасть на «нитку» посадочной полосы длиной 2 км и шириной 50 м достаточно сложно. Что уж говорить о попадании на ветку дерева, раскачивающуюся на ветру. Это уже мечта не летчика, а спортсмена-парашютиста, всю жизнь старающегося попасть в кружок на земле. В жизни птиц это обыденное явление.


Классический пример «мюнхгаузеновского» взлета. Выдергивание тела из воды за счет «прилипания» крыла птицы к воздуху.

Какой тип приземления выбирает птица — «самолетный» или «вертолетный», во многом зависит от особенностей ее жизни. Птицы, живущие на открытых и особенно водных пространствах, не утруждают себя переходом на вертолетный режим при посадке. Выдвинул «закрылки-махи», задрал передний край крыла вверх, выпустил ноги, скользнул или пробежал по поверхности, и приземление или приводнение состоялось. Лесные виды себе этого позволить не могут. Для того чтобы попасть на ветку, им необходимо остановиться перед ней еще в воздухе, а это значит, что при каждой посадке надо опять «становиться вертолетом».


5 секунд после взлета. Полет серой цапли еще не уравновешен. Чтобы подвести центр масс под центр крыла и не «клюнуть» в воздухе, ей придется , вытянуть ноги и согнуть шею.

Кстати преобладание того или иного типа полета в жизни птицы довольно легко определить по строению ее крыльев. У «птиц-самолетов» они длинные, часто с заостренными концами, по которым стекают паразитные вихри, образующиеся на крыле. У «птиц-вертолетов» — короткие, с широким краем. Существует предположение, что вихри, образуемые таким крылом, используются птицей как точки опоры в полете. Однако большинство подобных предположений до сих пор так и остаются предположениями, так как проверить их крайне сложно. А потому и вопросов к полету птиц у человека гораздо больше, чем ответов. А может быть, на эти вопросы и не стоит отвечать? Ведь даже создание махолета вряд ли добавит что-то новое к чувству полета у человека, а природа, вследствие физических запретов, не может создать активно летающий теплокровный организм более 20 кг весом. Так же как и не может наделить его скоростью и грузоподъемностью разнообразных Ту, Илов, Боингов и Дугласов, прекрасно справляющихся с массой утилитарных задач. И все же, за несколько миллионов лет кропотливой работы она создала птиц, для которых чувство воздуха стало основным инстинктом. За это чувство стоит бороться и отвечать на те самые вопросы. И пусть новое знание будет для человека в основном виртуально. Может, мы и не научимся летать, но сопереживать полету никто не запрещал. И если человеку хоть раз в жизни приснится сон, в котором он ощутит воздушные вихри на кончиках пальцев и сможет опереться на них, значит труд исследователей был потрачен не зря. Ведь в индивидуальном жизненном опыте такое ощущение будет более значительным, чем комфортабельное пересечение Атлантики на совершенном во всех отношениях произведении человеческого разума.

Читайте так же:
15 причин, мешающих спать


Посадка. Изломы крыла и невероятная «осанка» птицы — лишь выполнение требований аэродинамики при переходе от самолетного режима полета к вертолетному.

Автор – Антон Ефремов, фото – А. Черенкова.

Предыдущая статья:
Работа московского зоопарка в самый холодные день года. Работа московского зоопарка в самый холодные день года.
Следующая статья:
Американские снежные козы. Американские снежные козы.

Приспособленность птиц к полету

Виды полета птиц Существует несколько принципов классификации полета птиц. Остановимся на двух из них. Первый принцип — аэродинамический. Согласно ему выделяют два основных типа полета — парящий и машущий.

Парящий полет более простой. Это подъем вверх или сохранение набранной высоты на практически неподвижных крыльях. Раньше считали, что воздух внутри воздушных мешков птицы теплее наружного настолько, что он, подобно теплому газу в воздушном шаре, поднимает ее вверх. Однако расчеты показали, что таким образом масса может уменьшиться лишь на 1/12 г на каждый килограмм массы птицы. Это, конечно, совершенно недостаточно для подъема вверх. Н. Е. Жуковский первым показал, что источник энергии парящей птицы лежит вне ее — в энергии движущегося воздуха. Известно, что разные части суши нагреваются и остывают с разной быстротой. От нагретых поверхностей поднимаются мощные вертикальные потоки тепла – термики. Они особенно значительны на большой высоте под облаками. Там их скорость достигает 4—6 м/с. Если птица раскроет крылья и будет парашютировать вниз в совершенно неподвижном воздухе, то скорость снижения при этом у цапли составит 0,68 м/с, аиста — 0,74 м/с, ястреба — 0,75 м/с, альбатроса — 0,51 м/с. В то же время даже самый легкий восходящий поток движется вверх со скоростью 0,5—1 м/с. Если птица «падает» в таком потоке, то она почти или совсем не теряет высоту. Если же ток теплого воздуха сильнее, что бывает довольно часто, то птица будет непрерывно подниматься вверх. Этот тип парения называют статическим. Птицы часто поднимаются в терминах широкими кругами. В теплое время года воздушных «лифтов» в атмосфере бывает довольно много. Коршуны, канюки, чайки пользуются ими помногу часов подряд. Постоянные горячие восходящие ветры Иорданской долины определяют путь пролета белых аистов, которых из года в год встречают на этой «трассе». Птицы обычно опускаются от вершины одного термика к подножию другого, а затем поднимаются вместе с ним. Они умеют пользоваться также вертикальными токами воздуха, обтекающими грозовые тучи, дома, корабли. Подвесившись в таком потоке над мачтой корабля, чайки часами сопровождают его, не взмахивая крыльями, словно привязанные за ниточку. Человек, живя на земле, имеет лишь смутное представление о всевозможных воздушных течениях, которые для пернатых имеют такое же значение, как водные течения для рыб.

Второй тип парения — динамическое. Это передвижение над совершенно ровной местностью за счет энергии неоднородного пульсирующего потока воздуха. Различают три типа его: парение в горизонтальном ветре, дующем слоями, причем скорость ветра с высотой возрастает; парение в горизонтальном порывистом ветре; парение в ветре с вертикальными пульсациями.

В горизонтальном ветре постоянной скорости никакого парения быть не может. Если же скорость ветра возрастает с высотой, то парение возможно. Тогда восходящая часть траектории совершается против ветра, а нисходящая — по ветру. С земли такая траектория представляется рядом петель, расположенных одна над другой и смещенных по ветру. Чаще всего так перемещаются чайки над морем.

В горизонтальном ветре, дующем порывами, тоже возможно парение. Для этого птице надо все время лететь по ветру, пока скорость его убывает, и против ветра, когда она возрастает. Движения птиц при таком парении кругообразны; порывы ветра должны быть достаточно длительны, не менее 10 сек. каждый.

Третий тип динамического парения возможен при ветре, имеющем вертикальные пульсации, нечто подобное морским волнам, но значительно большей длины. Лучше всего их используют птицы с длинными узкими крыльями — альбатросы, буревестники. Когда альбатрос находится у поверхности воды, он помещается обычно между двумя волнами, где ветер слабее. Затем он поворачивается против ветра и поднимается на высоту 10—15 м, используя создаваемую им подъемную силу. Там поворачивается направо или налево и спускается с попутным или боковым ветром до самой воды, а затем снова повторяет тот же маневр. Период маневра довольно постоянен.

Машущий полет с использованием мускульной энергии птицы прежде всего направлен на создание силы тяги, а подъемная сила возникает благодаря поступательному движению. Различают два основных способа машущего полета — пропеллирующий и вибрационный и несколько дополнительных, менее распространенных. У птиц с пропеллирующим полетом крыло функционально неоднозначно по длине: первостепенные маховые создают тягу, а второстепенные служат несущей поверхностью. Птица машет крыльями с небольшой амплитудой, опускает крылья несколько медленнее, чем поднимает. Так летают средние и крупные птицы: чайки, вороны, дрозды, голуби и многие другие.

Машущий полет птиц

Вибрационный полет отличается более частыми взмахами крыла — до 30 и более в секунду, большой амплитудой взмаха и недоразвитием на крыле области второстепенных маховых. Вся работа приходится на долго кистевой части крыла и идет па преодоление силы тяжести. Так летают мелкие и очень мелкие птицы, например колибри. Ось тела всегда наклонена.

Вибрационный полет Колибри

Волнообразный или пульсирующий полет характерен для многих воробьиных птиц — скворцов и других, а также для стрижей, дятлов. Пропеллирующий полет здесь сменяется небольшим периодом скольжения, во время которого птица теряет высоту. Иногда птица время от времени совсем складывает крылья, что хорошо можно наблюдать, например, у трясогузок.

Хлопающий полет применяют только куриные птицы, способные с места набирать большую скорость. Он характеризуется быстрыми шумными взмахами с большой амплитудой, Долго так лететь птица не может. Примеры — взлет рябчика, фазана.

Трепещущий полет птицы используют в тех случаях, когда надо остановиться в воздухе. Тело принимает почти вертикальное положение, хвост широко развернут, а крылья машут учащенно. Сила тяги совпадает с подъемной и равняется весу тела, в итоге птица «стоит» в воздухе. Из мелких птиц таким образом часто зависают синицы и пеночки при осматривании концевых веточек деревьев, трясогузки и мухоловки — при ловле насекомых в воздухе.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию