біомеханіка польоту
Птахи. Найбільш важливою морфологічної адаптацією до повітряного середовища слід вважати крило.
Крило - це несуча площину, яка формується маховими перами. На пальцях і зап'ястях знаходяться 11 махових пір'їн 1-го порядку, а на передпліччі - 12 махових пір'їн 2-го порядку. Основу махових пір'їн становить жорсткий стрижень, до якого симетрично з двох сторін кріпляться борідки, складові опахало.
Для того щоб крило генерував підйомну силу, птиця повинна набрати стартову швидкість. Тоді повітряний потік розподіляється відносно площини крила таким чином, що під крилом створюється підвищений тиск повітря. Над верхньою поверхнею крила повітря рухається швидше, в результаті чого виникає відносне розрідження. Виникає підйомна сила, якій птах маніпулює за рахунок зміни кута атаки, площі крила, гальмування хвостовими пір'ям.
Підтримується швидкість руху в повітрі різними способами. Різні птиці розвивають в повітрі різну швидкість. Вона залежить від розміру і форми крила, здатності птиці міняти форму крила в процесі польоту, від частоти змахів крилами, а також від здатності птиці використовувати енергію повітряних потоків. Прийнято виділяти кілька типів польоту: махає, який планує (ширяє), зависає політ.
Махає політ передбачає наявність у птиці коротких і помірно широких крил і добре розвинених грудних м'язів, як, наприклад, у голуба. Маса грудних м'язів яких може досягати 30-40% від маси тіла. Частота помахів крила у голуба становить приблизно 2 помаху в 1 секунду, у більших птахів вона рідше. Як гальма птиці використовують хвіст і частково крила.
В організації польоту важливу роль відіграє оперення птиці. Воно надає тілу обтічність, амортизує вплив повітряних потоків. При поштовху махові пера змикаються за рахунок зчеплення гачків і борозенок і формують відносно жорстку несучу площину крила. При підйомі крила пір'я розмикаються, в результаті чого опір повітря різко зменшується. При посадці птах припиняє махи крилами, утримуючи їх під необхідним кутом.
У фінальній частині в якості гальма використовуються кермові пір'я хвоста і махові пера крила, які розгортаються вентральної поверхнею майже перпендикулярно до напрямку руху.
Той, хто планує політ. При плануючому польоті птахи використовують енергію руху повітряних потоків. Птахи мають велику площу крила або за рахунок довжини (фрегат), або за рахунок довжини і ширини (орли). При плануванні птиці крило приймає максимальну довжину і встановлюється в межах площині руху під кутом 90 ° по відношенню до поздовжньої осі тіла. При плануванні птах переміщаються без втрати висоти або навіть набирають висоту при мінімальних витратах енергії. Зниження при ширянні також можливо без додаткових витрат енергії за рахунок низхідних повітряних потоків.
Такі птахи, як орли, шуліки, в меншій мірі ворони, при плануванні використовують енергію висхідних і низхідних потоків повітря. Поверхня землі прогрівається і охолоджується нерівномірно. Більш тепле повітря витісняється холодним, внаслідок чого має місце вертикальне переміщення повітряних мас. Крім того, відбуваються переміщення повітря і в горизонтальній площині. У гірській місцевості горизонтально переміщаються повітряні потоки вдаряються в перешкоду (схил гори) і піднімаються вгору.
У морських птахів (альбатроси, фрегати) політ дещо відрізняється від планує польоту птахів, що мешкають на суші.
Вони мають довгі і вузькі крила (у фрегата і альбатроса до 4 м) при досить великому тілі. Птахи користуються поривами вітру, які виникають над хвилями. Використовуючи зустрічні потоки повітря, птиці набирають висоту. Потім вони розгортаються на 180 ° і на великій швидкості планують за вітром на відігнутих назад крилах, втрачаючи при цьому висоту. Далі слід розворот по широкій дузі з винесеними вперед крилами назустріч повітряному потоку. Подібні маневри доступні і сухопутним птахам. Але і альбатрос періодично ширяє над хвилями за рахунок висхідних від поверхні води потоків повітря так само, як це роблять сухопутні птиці.
Зависає політ. Даний тип рухів в повітрі представляється найбільш енергоємним. Щоб залишатися на місці і не втратити висоту, птиці одночасно повинні створювати велику підйомну силу і гальмуванням гасити лінійне просування. У зависає польоті птаха виробляють махи крилом з великою частотою (близько 50 помахів в секунду). У таких птахів (боривітер, колібрі) м'язи, що приводять в рух крило, мають дуже велику масу. Тільки грудні м'язи можуть мати масу, складову 1/3 від всієї маси тіла. Тяга створюється роботою легкого і дуже рухомого крила, в складі якого переважають довгі і відносно жорсткі махові пера 1-го порядку. Махових пір'їн 2-го порядку у птахів, що користуються зависає польотом, не 12, а всього 6.
Ссавці. Локомоції в повітряному середовищі у ссавців - явище рідкісне. Найбільш пристосовані до польоту кажани. Ці тварини невпевнено рухаються на землі (точніше, по вертикальних поверхнях дерев, печер), але віртуозно переміщуються в повітряному просторі. Окремі види (наприклад, довгокрилий) розвивають в польоті на коротких дистанціях швидкість до 35-40 км / год.
Кажани, або рукокрилі (Chiroptera), мають літальну перетинку великої площі. Вона являє собою складку шкіри між передніми кінцівками, тулубом і задніми кінцівками, а також між пальцями передніх кінцівок, тулубом і хвостом. Приводять у рух літальну перетинку гіпертрофована грудна мускулатура і передні кінцівки. Серед кажанів в залежності від будови літальних перетинок виділяють гострокрилі, довгокрилих, ширококрилі і тупокрилих кажанів. Біомеханіка рухів кажанів в повітряному середовищі принципово не відрізняється від такої птахів.
У рукокрилих можна спостерігати ті ж три типи польоту, що і у птахів: махає, зависає (пурхаючий) і планує.
Крім кажанів, локомоции в повітряному середовищі доступні білків-летяга, мавпам і деяким іншим дрібним тваринам, провідним деревний спосіб життя. Серед білок, що використовують повітряне середовище для лінійних переміщень, найбільш відомі північна летяга і гігантська летяга. Остання, незважаючи на чималі розміри (довжина тіла 40-50 см, довжина хвоста - до 60 см), хоч і не здатна літати по-справжньому, проте за рахунок планування покриває відстані до 500 м. При цьому білка переміщається з одного високого дерева на інше. За рахунок таких локомоций гризун уникає небезпечних сусідів на землі і змінює кормові угіддя, які не спускаючись на землю. Від п'ят до зап'ясть у летяг уздовж тіла тягнуться широкі перетинки, які при стрибку створюють несучу площину з досить великою поверхнею.
Північна летяга дрібніше. Довжина її тіла не перевищує 25 см, хвоста - 18 см. Однак і ця білка легко перелітає з дерева на дерево з невисокою швидкістю близько 100 м / хв. Незважаючи на те що такий політ має пасивний характер, тим не менш, він дозволяє білкам вирішувати життєві завдання: йти від хижаків, знаходити статевих партнерів і освоювати нові харчові ресурси.
Риби. Політ риб - явище ще більш рідкісне, ніж політ ссавців. Однак його ефективність може бути порівнянна з польотом птахів.
Риби використовують грудні плавці для планування в повітрі. Так, летючі риби при переляку за рахунок броскового руху тулубових м'язів, м'язів хвостового стебла та інтенсивної роботи нижньою лопаттю хвостового плавника вискакують з води і пролітають в повітрі відстані, що дозволяють їм позбутися від переслідувачів.
На поверхні води летюча риба досить довго працює хвостом, розвиваючи велику тягу, що дозволяє їй подолати силу тяжіння. Швидкість польоту цих дрібних риб перевищує швидкість руху переслідувачів (тунці, меч-риба), а пролітає ними відстані досягають декількох сот метрів.
Інші види риб, наприклад, пальцекрили, можуть не тільки парити, а й виконувати складні маневри в повітрі. Пальцекрил піднімається до поверхні води і ковзає по ній зі швидкістю 18 м / с. Таку високу швидкість риба набуває завдяки зигзагоподібним рухам хвостового плавника з гіпертрофованою нижньою лопаттю.
Швидкість польоту пальцекрила порівнянна зі швидкістю руху сучасних морських суден і нерідко становить 60-70 км / год. Сильний удар хвоста піднімає рибку в повітря на висоту 5-7 м. Пальцекрил пролітає в повітрі до 200 м, використовуючи при цьому і повітряні потоки. Риба здатна при необхідності змінити напрямок польоту за рахунок рухів хвостового плавника. У неї також відзначені коливальні рухи грудних плавців.
Поділіться посиланням з друзями