УСТРОЙСТВО КРЫЛА Крыло как машущая часть тела птицы способно немного разворачиваться, приобретая форму лопасти пропеллера при движении крыла вверх и вниз. Ближе к телу — разворот небольшой. Дальше от тела разворот крыла увеличивается. Передняя часть крыла, более жесткая и многослойная из-за скелета крыла, кроющих перьев и подкрылков, опережает однослойные маховые перья при махах крыла. Эти изгибы крыльев, подобно вееру, гонят воздух назад — и птица движется вперед. Кроме того, у птиц с большой амплитудой маха при сближении крыльев над птицей и под ней происходит выдавливание воздуха назад. Гибкость крыла, способствующая закручиванию крыльев при махах в поперечном и продольном направлениях, как у лопастей пропеллера, — это один из главных секретов полета птиц. ХОРДООБРАЗНЫЙ ИЗГИБ КРЫЛА В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ В ходе эволюции крылья, укрывая тело птицы, приняли изогнутую форму — по форме тела, что сказалось на подъемной силе крыла при горизонтальном планировании. Кроющие перья (надкрылки) создают выпуклость крыла сверху. Пуховые перья (подкрылки) немного выравнивают поверхность крыла снизу. Поэтому скорость движения воздуха над крылом больше, чем под крылом, что создает подъемную силу. ЯЙЦЕОБРАЗНАЯ ФОРМА ТЕЛА ПТИЦЫ, направляющая потоки воздуха от маха крыльями назад. ИЗОГНУТОСТЬ КРЫЛА КВЕРХУ В ВИДЕ РАКУШКИ (с большей выпуклостью на расстоянии 0,26 длины крыла от туловища птицы), направляющая потоки воздуха от основных маховых перьев 2-го и 3-го порядка и от развернутых веером перьев 1-го порядка назад. ВЕРХНИЕ КРОЮЩИЕ ПЕРЬЯ (надкрылки) И НИЖНИЕ ПУХОВЫЕ ПЕРЬЯ (подкрылки). При махе крыльев вверх надкрылки по инерции прижимаются к маховым перьям, выдавливая воздух назад, а подкрылки также по инерции своими концами отходят от маховых перьев, втягивая воздух в образовавшееся пространство. При опускании крыла — все наоборот. Надкрылки отходят от маховых перьев, втягивая воздух. Подкрылки выдавливают воздух назад. Получается насос, качающий воздух от крыла назад. МАКСИМАЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ КРЫЛА (для малых птиц), когда дальний край крыла заходит далеко вперед, что увеличивает площадь крыла, его подъемную силу при взлете, а также увеличивает сопротивление воздуха при посадке. УПЛОТНЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ ОПОРЫ ПОД КРЫЛОМ ПТИЦЫ ПРИ МАХЕ ВВЕРХ Благодаря расположению маховых перьев в виде опахала, когда одни перья заходят под другие в направлении к туловищу птицы (у больших птиц), происходит вот что. При махе крыльев вверх от наклона маховых перьев создается поток воздуха, движущийся в направлении к туловищу птицы, и назад — отчасти от изгиба маховых перьев, а в основном от покровных перьев. Под крылом создается вакуум, куда устремляется воздух. Скорость воздуха возрастает от туловища птицы к дальнему концу крыльев. Поднимаясь за крылом и встречая на своем пути препятствие в виде туловища птицы, два встречных потока образуют вихрь (или маленький «смерчик»): отличную опору для крыла при махе крылом вниз. * * * 
Интересен вопрос: с какой максимальной скоростью большие птицы могут махать крыльями? Согласно моим экспериментальным данным, полученным на макете, при определенном наращивании махов крылом экранное полотно дальше не поднимается, а, наоборот, опускается ниже. Отсюда вывод: птицы чувствуют, когда при подъеме крыльев воздух под крылом уплотнен на оптимальном расстоянии от крыла, что позволяет сделать плавный волнообразный удар крылом по нему. При более быстром махе воздух под крылом разреженный, а значит, будет увеличен пробег (опускание) крыла без опоры на уплотненный воздух, что приводит к потере скорости, большей нагрузке на крыло от удара по уплотненному воздуху на большем расстоянии от крыла. Чем объясняется относительно большая скорость некоторых птиц в сравнении с другими птицами? Уплотненный воздух под крылом дальше «прокатывается» по ширине и длине крыла. То есть большая часть крыла включена в работу по отталкиванию. Сравним с рыбой, которая движется извиваясь всем телом, в отличие от той, которая движется лишь с помощью плавников. В последнем случае она движется медленнее. Стриж, например, имеет большую скорость, так как крылья у него расположены почти параллельно туловищу, что увеличивает пробег волны уплотненного воздуха под крылом. У орла крылья широкие и длинные. Волна уплотненного воздуха имеет большую площадь и больший пробег под крылом. Этим объясняется большая скорость и большая грузоподъемность орла. * * * Работая над крылом махолета, я обнаружил маленький секрет скорости полета птиц. Изгибы крыла, перьев должны быть минимальными, чтобы напор воздуха назад был максимальным. Это обеспечивают гибко-жесткие конструкции крыла: скелет крыла, стволы перьев, волоски опахал. Это очень важно, так как обеспечивается пластичность движения, минимальная нагрузка на элементы крыла. Обеспечивается волнообразное движение крыла и соскальзывание воздуха с плоскости крыла, а не проваливание его вниз при большем наклоне крыла и перьев. Аналогами явления уплотнения воздуха под изогнутой поверхностью при резких махах вверх и вниз можно назвать вытряхивание пыли из простыней или ковров двумя хозяйками или эффект хлопушки. У птиц уплотнение воздуха под крылом происходит сложнее, с завихрением, что создает более плотную «подушку» воздуха. При махе крылом вниз у больших птиц происходит смыкание опахал маховых перьев, и накопившийся под крылом воздух находит выход назад — от изгибающихся маховых перьев 2-го и 3-го порядка, и расходится назад веером — от изгибающихся маховых перьев 1-го порядка. Волнообразное ускоренное движение воздуха от движения маховых перьев 1-го порядка — как самое сильное — облегчает полет птиц, летящих сзади под некоторым углом к впереди летящим птицам. В этом случае сзади летящая птица использует встречную волну воздуха, облегчающую изнурительное махание крыльями при дальних перелетах (подобно взлету против ветра). Отсюда полет клином журавлей и других перелетных птиц. * * * Работа над изобретением махолета позволяет утверждать: только изучение секретов полета птиц и их успешное использование может помочь сконструировать летательный аппарат для индивидуального полета человека за счет мускульной тяги. Если мы когда-нибудь полетим — то только подражая птицам! * * * *Василий Иванович Васильев (род. 04.03.1935) — инженер-конструктор, изобретатель, в настоящее время работает над созданием модели махолета (мускулолета).
Источник
Физические особенности полета птиц
Автор: Головина Татьяна, 17 лет. Ученица Коммунального государственного учреждения «Средняя школа №13» акимата города Усть-Каменогорска.
Педагог: Гановичева Мария Анатольевна, Коммунальное государственное учреждение «Средняя школа №13» акимата города Усть-Каменогорска.
Описание: Данное исследование будет полезно школьникам, учителям физики и биологии.
Назначение: исследование можно рекомендовать для дополнительного чтения по предметам физика и биология, кроссворды можно использовать на уроках, а также при проведении внеурочных мероприятий.
В данной работе рассматриваются особенности жизнедеятельности птиц: способность летать, сохранять энергию, ориентироваться в пространстве, справляться с перегрузками. Эти способности уникальны, каждую из них может объяснить определенный раздел физики. Понимание механизма протекания данных процессов позволяет человеку перенести знания о природе в практическую плоскость и применять их в жизни. Знание особенностей полета привело к созданию большого количества разнообразных летательных аппаратов.
Цель: объяснение механизма полета птиц.
Задачи:
Образовательные: прививать интерес к науке, чтению.
Развивающие: развивать внимание, воображение, умение анализировать.
Воспитательные: воспитание экологической культуры и понимания взаимосвязи природных явлений.
Одна из самых завораживающих особенностей птиц – способность летать. Объяснить эту способность помогут законы механики.
Изучая особенности крыла, выяснили следующее: есть внутренняя часть (запястье), которая приводиться в действие мускулами плеча и расположена приблизительно посередине крыла; и внешняя часть, которая является продолжением крыла от запястья.
Над запястьем есть группа перьев, называемая крылышком. Между ними и крылом есть свободное пространство. Это группа перьев отвечает за взлет и приземление.
Птица взлетает не только за счет мышечных усилий, которые обеспечивают взмахи крыльями вверх. Раньше считалось, что таким образом она отталкивается от воздуха. Но воздух — не плотная среда и оттолкнуться от него сложно.
Оказывается при взмахе крыльев часть перьев птицы на доли секунды разворачивается под прямым углом к телу птицы и крылу, образуя пропеллеры.
Так как у перьев на конце крыла опахало тоньше с передней стороны, то при движении пера создается закручивающая сила. Перо жесткое в основании и гибкое в конце; когда птица опускает крыло, давление воздуха на широкую стороны опахала поворачивает перо вверх, закручивая в пропеллер. Следует помнить, что крылья не прилепляются к кости крыла неподвижно, а крепятся к широкой и гибкой перепонке.
Это дает свободу каждому перу. Птица может задействовать два пера в качестве пропеллера или девять в зависимости от желаемой скорости полета.
Внутренняя часть крыла отвечает за нужный для полета угол, обеспечивающий подъемную силу. При взмахах, поворачивая перья, птица снижает давление над крылом, а давление снизу, называемое подъемным, позволяет ей взлететь. Давление на переднюю стенку крыла для успешного взлета так же должно быть меньше чем на заднюю.
После взлета внутренней части крыла нет необходимости двигаться, она сравнима с рычагом для наружней части крыла, если птица меняет ее положение, то регулирует скорость своего полета. Хвост птицы служит рулем, он поворачивается в любую необходимую сторону, при взлете же он служит дополнительной плоскостью для подьема. Кости птиц очень легкие и эта природная особенность объясняет незначительную силу тяжести, которая птица преодолевает при взлете.
При перелетах стаями, птицы умело используют средства уменьшения сопротивления воздуха.
Самая сильная птица летает впереди. Воздух обтекает ее под определенным углом. Взмахи крыльев этой птицы порождают воздушную волну, которая переносит некоторую энергию. Если летящая следом птица попадает в эту воздушную волну, ей нужно прикладывать минимум усилий для полета, так как в этой волне сопротивление воздуха минимально. Этим же можно объяснить сопровождение птицами самолетов. Они летят за самолетами для уменьшения затрат энергии на полет, увлекаемые потоками воздуха.
Взмахи крыльев птиц в летящей стае совершаются в резонанс, а если соединить концы крыльев птиц воображаемой линией, то в фиксированный момент можно наблюдать синусоиду
Морские птицы для облегчения полета используют энергию морских волн. Над гребнем морской волны возникает поднимающийся вверх воздушный поток. Птица, влетая в него, может без усилий подняться вверх, затем она начинает падать, пока не попадет в поток воздуха следующей волны. Особенно часто таким способом перемещаются альбатросы.
Многие птицы сопровождают морские суда. От работающих двигателей через трубы в воздух над кораблем идут потоки теплого воздуха, попадая в эти потоки, птицы уменьшают свои энергозатраты при полетах.
У земли конвекция помогает птицам взлетать и затем парить высоко в небе.
Воздух у земли (особенно весной и летом) прогревается сильнее и образуются восходящее воздушные потоки.
Расправив крылья, поддерживаемая этими воздушными потоками, птица без усилий поднимает вверх. Крупные птицы при подъеме используют движение по винтовой линии, что позволяет получить значительную скорость и уменьшить прикладываемые усилия, так как облегчается закручивание меховых перьев в пропеллеры.
Кроме полета законы механики птицы используют в плавании, но это уже другая история.
Верные ответы:
1В(слова: тяжести, Архимеда, подъемная)
2А(слова: хвост, голова, крылья)
3Б(слова: клин, рычаг, блок)
Источник