Вы когда-нибудь замечали, насколько малы крылья шмеля по сравнению с размером его тела? И как вообще шмели способны летать?
Даже, когда шмель летит, он, кажется, едва контролирует себя, постоянно меняя направление и мотаясь туда-сюда. Этот полет идеально передал Римский-Корсаков в оркестровой интермедии, которую мы знаем как «Полет шмеля».
Способность шмеля летать интриговала энтомологов и инженеров на протяжении десятилетий. Антуан Маньян прочно закрепил свои позиции в 1934 году, когда написал, что не только шмели, но и все насекомые не должны уметь летать, потому они нарушают все законы аэродинамики. Он подкрепил свое утверждение некоторыми расчетами, сделанными его другом и помощником Андре Сент-Лаге, основанными, в основном, на площади поверхности крыльев насекомого и его весе.
Очевидно, утверждение Маньяна было неверным, ведь насекомые (и шмели в частности) летают. Но ученым потребовалось более семи десятилетий, чтобы предоставить убедительное и окончательное объяснение того, как насекомые это делают.
Теория Маньяна предполагала, что шмель двигает крыльями вверх и вниз, заставляя воздух опускаться вниз и создавая достаточно силы, чтобы поднять свое тело над землей и полететь. Самолеты работают по тому же принципу. Необходимую силу для взлета обеспечивают реактивные двигатели, а не взмахи крыльев, но суть остается той же.
Майклу Дикинсону и его коллегам из Калифорнийского технологического института в Пасадене потребовалось сочетание роботизированного моделирования и замедленных видеороликов с медоносными пчелами в воздухе, чтобы понять любопытную аэродинамику полета пчелы.
Снимая со скоростью 6000 кадров в секунду, они обнаружили, что крылья движутся назад по дуге в девяносто градусов, а затем переворачиваются, возвращаясь, взмахивая со скоростью до 230 раз в секунду. Другими словами, крылья двигались вперед и назад, а не вверх и вниз. Скорость движения в сочетании с углом крыльев создавала что-то вроде мини-урагана вокруг пчелы. Поскольку давление воздуха в этих вихрях ниже, чем в окружающем воздухе, его достаточно, чтобы удерживать пчелу в воздухе.
И тут появляется новый вопрос — как пчела может так быстро двигать крыльями?
Это связано с особенным анатомическим устройством. В отличие от птиц и летучих мышей, у пчел нет мышц, которые крепятся непосредственно к крыльям. Вместо этого у них есть две большие пары мышц в грудной клетке, одна пара идет сверху вниз, а другая — спереди назад. Они работают в противоположных направлениях, так, что когда одна мышца сокращается, другая растягивается, становится активной и тоже начинает сокращаться в противоположном направлении. Это растягивает первую мышцу, она начинает сжиматься и цикл движения мышц повторяется. Когда мышца сокращается, крыло двигается. Поскольку мышцы действуют автономно, без участия мозга, пчела может двигать крыльями чрезвычайно быстро. Точно так же работают крылья шмеля.
Добавить комментарий