Політ птахів - все про тваринництво
Розрізняються кілька видів польоту птахів: 1) планує, або ковзний, політ, коли птах летить з більш-менш розпростертими крилами, не рухаючи ними, або опускаючись вниз з висоти, зберігаючи або збільшуючи швидкість за рахунок висоти, або зберігаючи висоту і навіть піднімаючись вгору , але втрачаючи швидкість; 2) ширяє, або вітрильний, політ, коли птах літає, не рухаючи крилами, зберігаючи і висоту і швидкість польоту або навіть збільшуючи їх за рахунок сили руху повітря; 3) гребний або пропеллірующій політ (звичайний вид польоту), коли птах махає крилами і тим здійснює опору об повітря і поступальний рух. Цей останній вид польоту має ряд різновидів, з яких на особливу увагу заслуговує вібраційний або пульсуючий політ, коли птах з допомогою надзвичайно швидких рухів крила або висить в повітрі, або рухається до того ж може не тільки вертикально підніматися вгору, але навіть рухатися назад.
Теорія польоту птахів в даний час розроблена у зв'язку з успіхами повітроплавання дуже докладно. Загалом летить птах підпорядковується законам руху пластинок в повітрі. Теорія руху таких платівок і численні експерименти встановили наступне:
1. Якщо пластинка рухається в повітрі під деяким кутом # 945; (Кут атаки) до осі руху (рис. 487), то тиск зустрічного повітря на платівку R буде направлено майже перпендикулярно до неї, розкладаючись на підйомну силу P і лобове опір Q. Підйомна сила і лобове опір зростають прямо пропорційно площі пластинок і квадрату швидкості руху.
Для отримання великих швидкостей вигідніше малий кут нахилу платівки, а при великій швидкості збільшення кута # 945; до певних меж веде до збільшення підйомної сили.
Центр тиску (точка прикладання тиску на платівку знизу, точка опори об повітря) тим ближче пересувається до переднього краю пластинки, чим швидше вона рухається.
2. В довгастих пластинках тиск залежить від положення пластинки, а саме - пластинки, поставлені довгою своєю стороною перпендикулярно напрямку руху, отримують більший тиск знизу, а тому більш вигідні для польоту.
3. Увігнуті пластинки дають велику підйомну силу, ніж плоскі, причому:
а) напрямок рівнодіючої нахилений вперед, внаслідок чого така платівка зберігає свою підйомну силу не тільки при горизонтальній, але навіть при кілька похилій вперед хорді;
б) якщо передня сторона такої пластинки потовщена, то вона нe тільки не збільшує лобове опір, а, навпаки, надає сприятливу дію па підйомну силу і лобове опір (рис. 488), тоді як таке ж потовщення задньої сторони дуже несприятливо;
в) кращі вигини кривизни дають 1 / 10-1 / 15 стріли прогину;
г) для стійкості виявляється корисним відгин задньої частини пластинки трохи вгору.
4. Стійкість рухається пластинки досягається:
а) розташуванням центру тяжіння нижче площини опори і тим, що точки прикладання рівнодіючої аеродинамічних сил збігаються з центром тяжкості;
б) готівкою позаду головної несучої площині ще додаткової площині так званого стабілізатора.
Загалом горизонтальний політ певної швидкості летить об'єкта з крилами (птиці або літаки) визначається наступними формулами:
1) P = G = CypSV2
2) Q = F = CxpSV2,
де P - підйомна сила, G - вага, Q - лобовий опір, F - сила тяги, р - щільність повітря, S - площа поверхні, що несе, F- швидкість руху, Cy і Cx коефіцієнти пропорційності (підйомної сили і лобових опорів) і основному залежать від якостей несучої поверхні (форми крил) і кута атаки.
Площина опори об повітря у птахів представлена крилами і хвостом. Крила птахів задовольняють саме всім вищевказаним вимогам; вони витягнуті в напрямку, перпендикулярному польоту, представляють платівки, вигнуті вгору з потовщеним переднім краєм і випрямленою задньою частиною. Остання еластична і може відгинатися вгору. Хвіст виконує роль стабілізатора.
Загальна форма тіла з гострим дзьобом, маленькою головою і щільно прилеглим до тіла оперенням представляє найменший опір повітрю.
Центр тяжкості у птахів лежить значно нижче площини опори, що досягається високим становищем крила і тим, що всі важкі органи птиці - травні органи і грудні м'язи - знаходяться знизу, а легкі і повітряні мішки лежать вище. Таке положення центра ваги надає літальному апарату птиці більшу стійкість. Сама площину опори об повітря, т. Е. Крила і хвіст, може по сваволі легко зменшуватися, що досягається великим або меншим розправленими крил і хвоста. Таким чином, птах може змінювати ставлення площі крил до ваги свого тіла. Тим часом, чим більше площину опори об повітря, тим більший опір відчуває падаюча вертикально вниз горизонтальна площина. Якщо ж така площина рухається вперед, то вона зустрічає опір повітря, яке збільшується пропорційно квадратах швидкості і прямо пропорційно площині перетину, проведеної під прямим кутом до напрямку руху.
Таким чином чим швидше летить птах, тим легше їй триматися в повітрі. Ho так як летить птаха доводиться долати також опір повітря в напрямку руху, то природно, що птах при русі вперед поступово втрачає раз отриману швидкість; разом зі зменшенням швидкості буде зменшуватися опір повітря знизу, і птах змушена буде опускатися. Щоб не опускатися, птиця повинна знову придбати швидкість, відповідно збільшивши маханням крил силу тяги.
При русі площині грає велику роль той кут, який вона утворює з віссю руху, кут атаки. Від величини цього кута, як ми бачили, залежить сила, що піднімає птицю вгору, а також лобове опір.
Змін цього кута досягається переміщенням центру ваги. При збільшенні швидкості польоту птах повинна переносити центр ваги все більше вперед, щоб центр опори збігся з центром тяжкості.
Скользящий, або планує, політ можливий тільки при негоризонтального польоті, саме коли він спрямований косо донизу. Рушійною силою в цьому випадку є сила тяжіння птиці. Відношення площі крил до ваги птиці обумовлює при певній швидкості і при певному положенні крила по відношенню до зустрічному течією повітря (кут атаки) кут планування, т. Е. Кут напрямку польоту до горизонтальної площини. Чим більше площа крила, чим менше вага птиці і чим швидше політ, тим менше може бути кут планування.
Зменшуючи площу крил, птах може досягти більшої швидкості ковзання і може цю швидкість руху використовувати для підйому знову на відому висоту.
Керують птиці своїм ковзаючим польотом різними способами. По-перше, птах легко може збільшувати і зменшувати площу площині опори об повітря, розправляючи або складаючи крила п хвіст; по-друге, вона може переміщати центр опори об повітря але відношенню до центру тяжіння двояким чином: або, зберігаючи положення центра ваги, змінювати положення центру опори, згинаючи крила, розпускаючи хвіст і т. д. або переносити центр ваги, витягаючи шию вперед або втягуючи її назад; Останнім, втім, має значення лише у птахів з довгою шиєю. Це переміщення центру опори щодо центра ваги може вести до зміни кута атаки крила, т. Е. Кута площини крила до зустрічного руху повітря, а разом з тим і до зміни кута планування.
У птахів різної величини площа крил змінюється пропорційно квадрату, а вага птиці змінюється пропорційно кубу.
Звідси і з наведених вище формул видно, що зі збільшенням птиці втричі площа крила збільшується в 9 разів, а вага птиці збільшиться в 27 разів. Отже, птиця повинна збільшити підйомну силу теж в 27 разів. Так як несуча поверхня крила при цьому збільшиться в, 9 раз, то для збереження висоти необхідне збільшення швидкості в √3 раз. При цьому лобове опір збільшиться теж в 27 разів, і птах повинна відповідно провести велику роботу, щоб збільшити швидкість в √3 раз.
З цього випливає, що птахи великі витрачають набагато більше енергії, ніж дрібні птахи. Цим, невидимому, кладеться відомий межа збільшення розмірів птахів взагалі. Ймовірно, тому великі птахи часто користуються саме ширяє, а не гребним польотом.
Птахи, швидко спускаються вниз, складають свої крила і розпускають хвіст; центр опори об повітря пересувається значно назад в порівнянні з центром тяжкості, і яка планує площину нагинається передньою стороною вниз. Навпаки, коли птах хоче вирівняти свій планує політ або піднятися догори, вона розпускає крила і пересуває їх вперед: центр опори об повітря стає попереду центра ваги, і у плануючої площині передня сторона піднімається вгору; той же ефект досягається опусканням хвоста вниз. Поворот вправо і вліво досягається або згинанням відповідного крила, або поворачиванием голови, пли витягуванням в відповідну сторону шиї, або поворотом розпущеного хвоста в протилежну сторону.
Гребний, або пропеллірующій, політ. При цьому типі зберігаються умови ковзного польоту; до них приєднується ще поступальна сила - сила тяги, яка досягається помахами крил. Чим більше швидкість руху птиці, тим легше птиці триматися в повітрі; тому зрозуміло, що на отримання саме початкової швидкості птиці доводиться витрачати більше всього енергії. Зустрічний вітер в цьому відношенні надає птаху деяку допомогу, так як при певній силі і певному відношенні площі крил до ваги птиці вітер може підняти птицю вгору подібно повітряного змія. Тому всі птахи при вітрі піднімаються на крила, стаючи проти вітру. В інших випадках початкова швидкість досягається розгоном або стрибками, після чого вже птах піднімається вгору. Або, нарешті, птиці доводиться робити часті і сильні помахи крилами, щоб отримати початкову швидкість. При цьому крила іноді вдаряються кінцями одне про інше за спиною, виробляючи у різних видів птахів характерний звук при підйомі. Витрата енергії при підйомі так велика, що птахи, яким доводиться кілька разів поспіль підніматися і спускатися, легко знесилюють. Є птахи, які зовсім не можуть піднятися з горизонтальної поверхні і початкову швидкість, необхідну для польоту, отримують, падаючи вниз з високих предметів, як, наприклад, стрижі.
Для підняття птиці на повітря необхідно, щоб обидва крила могли захопити певну по відношенню до ваги тіла масу повітря. Звідси зрозуміло, що птахи з невеликими короткими крилами махають крилами набагато частіше, ніж птиці з великими крилами. Так, горобець при польоті робить 13 помахів в секунду, качка - 9, ворона - 3-4, лелека - 2 і пелікан - 1 1/6.
На підняття крила птаха взагалі витрачають менше часу, так що в середньому час, потрібне на піднімання, відноситься до часу опускання, як 2: 3.
Як видно з доданою моментальної фотографії (рис. 489), під час польоту птах рухає крило не тільки вниз, але і вперед.
При підніманні крила опір повітря зменшується тим, що крило зверху опукло, що при піднятті воно кілька зігнуте в згині і направлено задньою частиною донизу, і, нарешті, тим, що махові, завдяки більшій ширині внутрішніх опахал, розходяться, пропускаючи повітря.
Отримавши достатню поступальну швидкість польоту, птиця вже не потребує витраті великої енергії, їй необхідно лише зберегти придбану швидкість; так як опір повітря рухається поверхні знизу зростає, як ми бачили пропорційно квадрату швидкості руху, то птах при швидкому польоті при інших рівних умовах буде підніматися вгору. Звідси швидко летять птахи і рідше махають крилами і зменшують поверхню площині опори, складаючи крила і хвіст. Так, галка, наприклад, при підйомі робить близько п'яти помахів в секунду, а розлетівшись - тільки три помаху.
Багато дрібних пташки, зробивши кілька швидких помахів крилами і піднявшись на деяку висоту, потім складають крила, летять кілька секунд без помахів, трохи опускаються при цьому, потім знову махають крилами, піднімаючись на первісну висоту, знову перестають махати і т. Д. Тут, завдяки незначному вазі і більш сприятливому співвідношенню між вагою і площею крил, дрібні птахи при гребному польоті, махаючи крильми, дуже швидко збільшують підйомну силу.
Пустці політ птахів, або років, вивчено тепер дуже добре завдяки розробленій теорії літальних машин без рухових апаратів - планерів. Птах зовсім не рухає крилами, а тим часом не тільки зберігає швидкість, але може підніматися вгору. Такий політ мислимо в тому випадку, коли птах використовує горизонтальні або, ще краще, негоризонтального повітряні течії або неоднорідність повітряних течій в горизонтальному і вертикальному напрямках. Різні повітряні вихори, завихрення, пульсація повітря (так звана турбулентність повітря) обумовлені різного роду причинами: наприклад, нерівномірним нагріванням різних частин землі, завдяки чому зігрітий повітря піднімається вгору, а холодний опускається вниз; перешкодами, які зустрічають на своєму шляху повітряні течії у вигляді гір, лісів, хвиль і т. п. Для використання повітряних течій необхідні деякі умови. По-перше, необхідна відома абсолютна і відносна величина крил. Добре ширяють птахів, які можуть парити навіть при найменших, як ніби-то непомітних рухах повітря, ми знаходимо саме серед великих видів птахів з потужними крилами. Такі грифи Старого і Нового Світу, жителі переважно гір, де, як ми бачимо, турбулентність повітря повинна бути особливо сильна. Далі, добре парять орли і інші великі хижаки, лелеки, ворони, чайки, буревісники, пелікани та багато інших. Все це або великі птахи з потужними крилами, або птиці дрібні і середньої величини з дуже довгими крилами.
По-друге, потрібен певний певну будову крил, саме: вони повинні бути досить довгі в порівнянні з шириною, приймемо тут ми зустрічаємо два типи крил. Перший тип ми знаходимо у материкових птахів: крила відносно широкі, і першорядні махові можуть широко розгортає. У морських птахів - буревісників і чайок - крила дуже довгі, вузькі і гострі. В обох випадках птиці управляють своїм польотом однаково, кожну хвилину змінюючи згідно з потребою величину поверхні крил: перші - шляхом більшого чи меншого растопиріваніі махових і розпусканням хвоста, другі - згинанням крила.
Цікаво, що ширяння в більшості випадків супроводжується кружляння. При цьому птах описує більші чи менші кола над одним і тим же місцем, то піднімаючись, то опускаючись без найменшого руху крилами.
При сильному вітрі птах дозволяє відносити себе назад, тримаючись в напрямку, зустрічному вітрі, поступово піднімаючись і зменшуючи швидкість руху. Досягнувши найвищої точки, птиця круто повертає назад і, поступово опускаючись, набуває значну швидкість, щоб, описавши дугу, стати знову проти вітру і знову підніматися в вихідному місці.
Пульсуючий політ властивий багатьом дрібним пташкам: Корольков, Вівчарик, мухоловкам, але великий спеціалізації він досягає у харчуються нектаром квітів птахів у нектарниць (Nectariniidae) Старого Світу і особливо у колібрі (Trochilidae). Підлетівши до квітки, колібрі швидко махаючи крилами, подібно метеликам-Бражник, повисають у повітрі перед квіткою, поки не висмокчуть з квітки нектар. При цьому вони роблять до 50 помахів в секунду, так що рух крил помітити неможливо, а здається, що пташка оточена туманним ореолом. Колібрі при цьому можуть не тільки вертикально підніматися в повітря, але і єдині з птахів мають здатність рухатися в повітрі задом.
З пульсуючим польотом подібний висячий, або тремтливий, політ, властивий багатьом хижакам - боривітер, зимняк, а також крачкам і деяким іншим птахам. Швидко махаючи крильми, птиці повисають у повітрі над одним місцем, виглядаючи здобич. Жайворонки теж мають здатність під час співу висіти в повітрі.
Швидкість польоту задоволена різна у різних видів, як і у однієї і тієї ж особи, - в залежності від умов польоту. Для поштових голубів встановлена швидкість в 1000-1500 м в хвилину.
Найбільш швидко літаючим птахом вважається стриж роду Chaetura - 2400 м в хвилину; інші птахи мають значно меншу швидкість польоту, а саме: поштові голуби - 1320 м (і до 1950 м) в хвилину, шпаки - 1230 м, зімородок- 960 м, зяблик - 870, ворона - 840 м в хвилину. Загалом слід зазначити, що наведені цифри дають середню нормальну швидкість, тоді як часом швидкість польоту може бути значно більше, наприклад, у наздоганяючого видобуток сокола або прагне уникнути небезпеки ворони. Так, було встановлено, що баклан, переслідуваний літаком, пролетів 15 км зі швидкістю 105 км на годину, тоді як середня швидкість його польоту близько 70 км на годину.
Загалом дрібні птахи розвивають більшу швидкість польоту, хоча кожен удар крил великого птаха дає в польоті більший ефект. Так, серед загону гусей чирянка мала вагою 330 г летить зі швидкістю 1980 м в хвилину, кряква вагою 1250 г - зі швидкістю 1740 м в хвилину, а сірий гусак вагою 3500 г зі швидкістю 1170 м в хвилину.
Тривалість польоту без відпочинку у птахів разюча. Так, наприклад, стрижі за винятком короткого відпочинку вночі в довгі літні дні носяться в повітрі майже цілу добу. Деякі кулики під час перельоту пролітають простір в 3000 км без відпочинку.