В начале XX века считалось, что шмель по законам физики не может летать. Что не так с этим утверждением?
29 июля 2020 | 12:00| Просто о сложном«По законам физики шмель летать не должен, но он об этом не знает и всё равно летает», – такая шутка бытует на просторах Интернета. Откуда она берёт начало, и почему на самом деле у мохнатого насекомого с полётом нет никаких проблем, «Диалогу» рассказал сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ имени Ломоносова Олег Беляев.
Заблуждение о полёте шмеля, по словам Олега Беляева, появилось из-за крылышек насекомого: казалось, будто они слишком коротки для массивного тела и не способны удерживать его в воздухе. Одним из тех, кто обратил на это внимание, был энтомолог из Франции Антуан Маньян. Чтобы проверить такое умозаключение, учёный в 1934 году решил рассчитать характеристики пчелиного полёта (шмели также относятся к пчёлам, так как входят в семейство настоящих пчёл — ИА «Диалог»). В работе он ориентировался на наработки математика Андре Сент-Лагю.
Происходило это на раннем этапе развития авиастроения и аэродинамики – раздела физики, который рассматривает движение тел в воздушной среде. Полёт тогда изучали главным образом на моделях с неподвижными крыльями. А чтобы анализировать и моделировать более сложные формы – к примеру, полёт шмелей с машущими крыльями – в распоряжении у учёных не было ни высокоскоростных видеокамер, ни развитой микроробототехники.
Поэтому Андре Сент-Лагю использовал в своих вычислениях известные на тот момент принципы стационарной аэродинамики, которые применяли к неподвижным крыльям и не подходили для машущих. Расчёты исследователя показали, что у пчёл (а стало быть, и шмелей) – при их размерах тела – действительно создаётся недостаточная подъёмная сила для планирующего (как у самолёта) полёта.
Истина же оказалась в том, что законы физики не мешают шмелям летать. Просто принципы полёта насекомых и летательных аппаратов существенно различаются.
Почему от самолётов остаются следы в небе? Рассказывает лётчик
Так, самолёты держатся в воздухе за счёт разного давления над крыльями и под ними. Его создаёт несимметричная форма конструкции (снизу ровная, а сверху выпуклая) и угол, под которым она находится в полёте (угол атаки). Во время движения крыло разделяет воздушный поток на две части. При этом скорость верхнего увеличивается в несколько раз по сравнению с нижним: ведь за то же время по выпуклой стороне воздух должен пройти больший отрезок пути. Как итог: давление на самолёт сверху снижается, а вот снизу воздух давит на него гораздо сильнее, что и не даёт технике упасть.
«В отличие от летательных аппаратов, у шмелей и большинства других насекомых крылья представляют собой тонкие эластичные пластинки, встроенные в каркас из прочных и гибких жилок», – сообщает Олег Беляев. Их движение, отмечает энтомолог, циклично и состоит, как правило, из взмаха вверх, взмаха вниз и двух разворотов.
Правда ли тараканы – одни из самых живучих существ на земле? Рассказывает энтомолог
Во время полёта шмелиные крылья взаимодействуют с воздушными вихрями, которые сами же и создают. Это играет существенную роль в создании аэродинамических сил. При взмахе насекомое изменяет угол атаки крыльев так, чтобы удержать на их поверхности прикреплённый вихрь. Благодаря этому увеличивается разница давления воздушных потоков около крыльев и возрастает подъёмная сила шмеля. Во время разворота крыльев прикреплённый вихрь сбрасывается, что даёт насекомому дополнительный импульс.
По словам Олега Беляева, частота взмахов у грузных шмелей высока: достигает 200 и более раз в секунду. И хотя на первый взгляд эти пчёлы кажутся неторопливыми, в полёте они развивают приличную скорость.
«Стоит потревожить шмеля, как он вдруг делает вираж и стрелой уносится куда-то прочь. Вспомните, каким проворным был князь Гвидон, обращённый в шмеля: как слуги и стража тщетно пытались поймать юркое насекомое. Николай Римский-Корсаков посвятил этой сцене отдельную быструю интермедию «Полёт шмеля» в своей опере «Сказка о царе Салтане». Известно, что у шмелей фиксировали скорость полёта до 5 метров в секунду, или 18 километров в час», – заключает энтомолог.
Узнать больше о шмелях и других пчёлах можно в книге Тора Хэнсона «Жужжащие: Естественная история пчёл», которая недавно вышла на русском языке в переводе Олега Беляева.
Подготовила Вероника Бабкина / ИА «Диалог»
