Факультет

Студентам

Посетителям

Биомеханика полета

Птицы. Наиболее важной морфологической адаптацией к воздушной среде следует считать крыло.

Крыло — это несущая плоскость, которая формируется маховыми перьями. На пальцах и запястьях находятся 11 маховых перьев 1-го порядка, а на предплечье — 12 маховых перьев 2-го порядка. Основу маховых перьев составляет жесткий стержень, к которому симметрично с двух сторон крепятся бородки, составляющие опахало.

Для того чтобы крыло генерировало подъемную силу, птица должна набрать стартовую скорость. Тогда воздушный поток распределяется относительно плоскости крыла таким образом, что под крылом создается повышенное давление воздуха. Над верхней поверхностью крыла воздух движется быстрее, в результате чего возникает относительное разрежение. Возникает подъемная сила, которой птица манипулирует за счет изменения угла атаки, площади крыла, торможения хвостовыми перьями.

Поддерживается скорость движения в воздухе разными способами. Разные птицы развивают в воздухе различную скорость. Она зависит от размера и формы крыла, способности птицы менять форму крыла в процессе полета, от частоты взмахов крыльями, а также от способности птицы использовать энергию воздушных потоков. Принято выделять несколько типов полета: машущий, планирующий (парящий), зависающий полет.

Машущий полет предполагает наличие у птицы коротких и умеренно широких крыльев и хорошо развитых грудных мышц, как, например, у голубя. Масса грудных мышц которых может достигать 30-40% от массы тела. Частота взмахов крыла у голубя составляет примерно 2 взмаха в 1 секунду, у более крупных птиц она реже. В качестве тормоза птицы используют хвост и частично крылья.

В организации полета важную роль играет оперение птицы. Оно придает телу обтекаемость, амортизирует влияние воздушных потоков. При толчке маховые перья смыкаются за счет сцепления крючков и бороздок и формируют относительно жесткую несущую плоскость крыла. При подъеме крыла перья размыкаются, в результате чего сопротивление воздуха резко уменьшается. При посадке птица прекращает махи крыльями, удерживая их под необходимым углом.

В финальной части в качестве тормоза используются рулевые перья хвоста и маховые перья крыла, которые разворачиваются вентральной поверхностью почти перпендикулярно направлению движения.

Планирующий полет. При планирующем полете птицы используют энергию движения воздушных потоков. Птицы имеют большую площадь крыла или за счет длины (фрегат), или за счет длины и ширины (орлы). При планировании птицы крыло принимает максимальную длину и устанавливается в пределах плоскости движения под углом 90° по отношению к продольной оси тела. При планировании птица перемещаются без потери высоты или даже набирают высоту при минимальных затратах энергии. Снижение при парении также возможно без дополнительных затрат энергии за счет нисходящих воздушных потоков.

Такие птицы, как орлы, коршуны, в меньшей мере вороны, при планировании используют энергию восходящих и нисходящих потоков воздуха. Поверхность земли прогревается и остывает неравномерно. Более теплый воздух вытесняется холодным, вследствие чего имеет место вертикальное перемещение воздушных масс. Кроме того, происходят перемещения воздуха и в горизонтальной плоскости. В горной местности горизонтально перемещающиеся воздушные потоки ударяются в преграду (склон горы) и поднимаются вверх.

У морских птиц (альбатросы, фрегаты) полет несколько отличается от планирующего полета птиц, обитающих на суше.

Они имеют длинные и узкие крылья (у фрегата и альбатроса до 4 м) при довольно крупном теле. Птицы пользуются порывами ветра, которые возникают над волнами. Используя встречные потоки воздуха, птицы набирают высоту. Затем они разворачиваются на 180° и на большой скорости планируют по ветру на отогнутых назад крыльях, теряя при этом высоту. Далее следует разворот по широкой дуге с вынесенными вперед крыльями навстречу воздушному потоку. Подобные маневры доступны и сухопутным птицам. Но и альбатрос периодически парит над волнами за счет восходящих от поверхности воды потоков воздуха так же, как это делают сухопутные птицы.

Зависающий полет. Данный тип движений в воздухе представляется наиболее энергоемким. Чтобы оставаться на месте и не потерять высоту, птицы одновременно должны создавать большую подъемную силу и торможением гасить линейное продвижение. В зависающем полете птицы производят махи крылом с большой частотой (порядка 50 взмахов в секунду). У таких птиц (пустельга, колибри) мышцы, приводящие в движение крыло, имеют очень большую массу. Только грудные мышцы могут иметь массу, составляющую 1/3 от всей массы тела. Тяга создается работой легкого и очень подвижного крыла, в составе которого преобладают длинные и относительно жесткие маховые перья 1-го порядка. Маховых перьев 2-го порядка у птиц, пользующихся зависающим полетом, не 12, а всего 6.

Млекопитающие. Локомоции в воздушной среде у млекопитающих — явление редкое. Наиболее приспособлены к полету летучие мыши. Эти животные неуверенно двигаются на земле (точнее, по вертикальным поверхностям деревьев, пещер), но виртуозно перемещаются в воздушном пространстве. Отдельные виды (например, длиннокрыл) развивают в полете на коротких дистанциях скорость до 35-40 км/час.

Летучие мыши, или рукокрылые (Chiroptera), имеют летательную перепонку большой площади. Она представляет собой складку кожи между передними конечностями, туловищем и задними конечностями, а также между пальцами передних конечностей, туловищем и хвостом. Приводят в движение летательную перепонку гипертрофированная грудная мускулатура и передние конечности. Среди летучих мышей в зависимости от строения летательных перепонок выделяют острокрылых, длиннокрылых, ширококрылых и тупокрылых летучих мышей. Биомеханика движений летучих мышей в воздушной среде принципиально не отличается от таковой птиц.

У рукокрылых можно наблюдать те же три типа полета, что и у птиц: машущий, зависающий (порхающий) и планирующий.

Кроме летучих мышей, локомоции в воздушной среде доступны белкам-летягам, обезьянам и некоторым другим мелким животным, ведущим древесный образ жизни. Среди белок, использующих воздушную среду для линейных перемещений, наиболее известны северная летяга и гигантская летяга. Последняя, несмотря на немалые размеры (длина тела 40-50 см, длина хвоста — до 60 см), хоть и не способна летать по-настоящему, тем не менее за счет планирования покрывает расстояния до 500 м. При этом белка перемещается с одного высокого дерева на другое. За счет таких локомоций грызун избегает опасных соседей на земле и меняет кормовые угодья, не спускаясь на землю. От пяток до запястий у летяг вдоль тела тянутся широкие перепонки, которые при прыжке создают несущую плоскость с довольно большой поверхностью.

Северная летяга мельче. Длина ее тела не превышает 25 см, хвоста — 18 см. Однако и эта белка легко перелетает с дерева на дерево с невысокой скоростью порядка 100 м/мин. Несмотря на то что такой полет имеет пассивный характер, тем не менее, он позволяет белкам решать жизненные задачи: уходить от хищников, находить половых партнеров и осваивать новые пищевые ресурсы.

Рыбы. Полет рыб — явление еще более редкое, чем полет млекопитающих. Однако его эффективность может быть сопоставима с полетом птиц.

Рыбы используют грудные плавники для планирования в воздухе. Так, летучие рыбы при испуге за счет броскового движения туловищных мышц, мышц хвостового стебля и интенсивной работы нижней лопастью хвостового плавника выскакивают из воды и пролетают в воздухе расстояния, позволяющие им избавиться от преследователей.

На поверхности воды летучая рыба достаточно продолжительно работает хвостом, развивая большую тягу, позволяющую ей преодолеть силу притяжения. Скорость полета этих мелких рыб превышает скорость движения преследователей (тунцы, меч-рыба), а пролетаемые ими расстояния достигают нескольких сот метров.

Другие виды рыб, например, пальцекрылы, могут не только парить, но и выполнять сложные маневры в воздухе. Пальцекрыл поднимается к поверхности воды и скользит по ней со скоростью 18 м/с. Такую высокую скорость рыба приобретает благодаря зигзагообразным движениям хвостового плавника с гипертрофированной нижней лопастью.

Скорость полета пальцекрыла сопоставима со скоростью движения современных морских судов и нередко составляет 60-70 км/час. Сильный удар хвоста поднимает рыбку в воздух на высоту 5-7 м. Пальцекрыл пролетает в воздухе до 200 м, используя при этом и воздушные потоки. Рыба способна при необходимости изменить направление полета за счет движений хвостового плавника. У нее также отмечены колебательные движения грудных плавников.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: