Птицы

Завоевавшие воздух

Полет птицы

Полет птицы обычно принято сравнивать с полетом самолета. Это сравнение можно проводить лишь до определенных пределов, так как в полете аппаратов с машущими и с неподвижными крыльями есть много различий. Почему птица, которая значительно тяжелее воздуха, все-таки отрывается от земли? Как и в случае с самолетом, это происходит благодаря возникновению аэродинамических сил при поступательном движении. Этих сил две: лобовое сопротивление, стремящееся задержать продвижение вперед, и подъемная сила, поднимающая крыло, а с ним и тело птицы. Чтобы проследить возникновение этих сил, рассмотрим явление подробнее.

Плоская пластина

Возьмем плоскую пластинку и будем перемещать ее в воздухе (рис. 7). Тогда на нее будут действовать сила тяги и сила сопротивления воздуха. Последняя будет возрастать пропорционально площади пластинки и квадрату скорости движения. При наклонном положении пластинки (рис. 8) она как бы отбрасывает воздух, встречающий ее на пути, вниз, а сама стремится подняться вверх. Реакция воздуха называется силой полного сопротивления. Она, с одной стороны, не пускает пластинку двигаться вперед (лобовое сопротивление), а с другой - поднимает ее вверх (подъемная сила). Угол между горизонтальным направлением и наклоном пластинки называется углом атаки.

У нас получилась почти готовая модель крыла. Осталось только изменить ее форму. Пусть это будет выпукло-вогнутая пластинка, передний конец которой закруглен и утолщен, а задний сходит на нет. Она напоминает профиль крыла птицы (рис. 9).


Распределение аэродинамических сил

Ее преимущество в том, что и при нулевом угле атаки, т. е. при движении вперед параллельно своей хорде ab, подъемная сила все равно возникает, что невозможно в случае с пластинкой. При встрече с крылом воздух изменяет свою скорость, она увеличивается над выпуклой поверхностью крыла, а под крыло попадает меньшее число частиц воздуха, и движение их здесь замедлено. Давление воздуха обратно пропорционально скорости его движения. Поэтому под крылом оно увеличено, а над крылом уменьшено. Сгущение струй и наибольшая их скорость у передней, утолщенной части крыла. Максимальную подъемную силу крыло имеет при углах атаки в 16-24°. Это - критические углы атаки.

Подъемная сила возникает в основном между туловищем и кистевым сгибом, а сама кисть крыла, несущая длинные маховые перья, слегка перекручиваясь во время полета, как бы ввинчивается в воздух и создает тягу. Таким образом, главное отличие птицы от самолета в том, что птичье крыло совмещает в себе функции и винта самолета, и его несущих плоскостей, создающих подъемную силу. Вместе они составляют сложнейший аэродинамический комплекс со множеством переменных характеристик, чрезвычайно трудно поддающихся изучению и моделированию. Не вдаваясь в подробности, укажем: представление о том, что птица получает толчок вверх, опуская крылья вниз, а поднимание крыла вызывает опускание птицы, совершенно неверно. Поэтому и приспособлений, уменьшающих сопротивление воздуха при подъеме крыла, у птиц пет. И при подъеме крыла, и при его опускании существует сила, противодействующая силе тяжести. Но тяга возникает только при опускании крыла, да и то лишь в его концевой части: она уравновешивает лобовое сопротивление, действующее во время взмаха.


Распределение воздушных струй

Желающих подробнее разобраться в механизме полета мы отсылаем к книге Н. А. Гладкова "Биологические основы полета птиц" (М., 1949). Источник энергии для полета лежит в мускулатуре птицы, и работа состоит в преодолении силы тяжести. При неподвижных крыльях источник энергии лежит вне птицы - в движении воздушных масс.