Как и почему птицы летают? Описание, фото и видео
Птицы
Жарким летним днем, высоко в небе можно увидеть красивое зрелище: медленно парящую кругами хищную птицу. Ее полет, кажется, может длиться бесконечно. Лишь изредка, по необходимости птица взмахивает крыльями.
Сила тяжести, притягивающая любой предмет к земле, оказывает воздействие и на птиц. Поэтому птица, взмахивая крыльями, противодействует этой силе. Для полета необходима подъемная сила (как было описано в статье: как летают самолеты), но как она возникает у птиц?
Как возникает подъемная сила у птиц?
Подъемная сила возникает в крыльях. Крыло птицы не плоское, как кажется на первый взгляд, а имеет выпуклую по направлению вверх форму. Воздух, для того чтобы попасть с переднего края на маховые крылья, должен проделать более длинный отрезок пути по верхней части крыла, чем по внутренней части. Скорость воздушного потока на верхней стороне выше, чем на нижней. На верхней стороне крыла образуется подъемная тяга, а на нижней – давление. Они действуют вертикально вверх в противовес силе тяжести. Подъемная сила, складывающаяся из силы тяги и веса птицы, зависит от размера особи и формы ее крыла.
Скорость тоже играет не маловажную роль при обтекании крыла воздухом, и под каким углом воздух попадает на передний край крыла. Если измениться этот угол, то измениться и подъемная сила. Если крылья расположены вертикально относительно идущему навстречу воздуху, то поток, что обтекает крылья, тот самый, что держит птицу на лету исчезнет и птица окажется в воздушной яме. Таким образом происходит приземление.
Парение коршуна в восходящем потоке. Коршуны по утрам парят в небе тогда, когда солнце прогреет землю и воздух начнет подниматься вверх. В восходящем потоке они взмывают на высоту свыше 1000 метров и опускаются в следующую зону восходящего потока воздуха. Затем снова поднимаются и так далее. Таким образом они без труда могут пролететь несколько сотен километров.
Как форма крыла влияет на полет?
Способность птицы к полету определяется прежде всего формой крыла. Узкие крылья с острыми кончиками преимущественно у тех птиц, что летают быстрее. Круглые и широкие крылья делает полет легко управляемым. Такие крылья имеют большинство птиц, обитающих в лесах, а также певчие птицы и хищники, ястребы-перепелятники и ястребы. Птицы, для которых предпочтительнее слабо восходящий воздушный поток имеют округлые спереди большие крылья, например орлы. Аисты имеют подобную форму крыльев, но парить как орлы не в состоянии. Для того, чтобы парить сильно восходящем воздушном потоке, нужны длинные, узкие и заостренные крылья, как например у чаек.
Как взлетают и садятся птицы?
Хорошим летунам для взлета достаточно просто оттолкнуться от земли или сучка дерева. Другим пернатым для этого требуется относительно длинный разбег. Большие тяжелые лебеди должны разбежаться по воде, хлопая крыльями, прежде чем смогут подняться в воздух. При посадке на водную поверхность они усиленно машут крыльями, шумно притормаживая лапами.
Передвижение птиц
Передвижение птиц по земле
Те птицы, что чаще обитают на деревьях, в основном прыгают, а наземные бегают. Из этого следует, что наземным особям свойственны длинные ноги. Еще длиннее они у голенастых, таких как аисты и цапли, которые шагают вброд по мелководью и сквозь заросли травы. Ноги лазающих птиц, напротив, короткие, поскольку для удобства природа наградила их маленькими ножками, так им легче лазать по деревьям. Дятлы перемещаются по стволу вверх. Спускаются они задом или слетают.
Передвижение птиц по воде
Плавающим и ныряющим птицам для движения вперед нужен «руль». У каждой водоплавающей птицы пальцы ног соединены перепонкой. Иногда они, как у хохлатых нырков, расширены боковыми плавниками. При движении ногами назад перепонки между пальцами растягиваются, при движении вперед – складываются, благодаря чему создается малое сопротивление.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Как летают птицы?
Птицы — удивительные существа живущие по всей Земле. Они смогли освоить полёт, но что помогает им летать? Какие ещё особенности они приобрели в ходе эволюции и освоения полёта? Ответы на эти вопросы вы найдёте в этой статье.
Опорно-двигательный аппарат
Для способности полёта важно иметь лёгкий скелет, и к тому же крайне прочный, чтобы он мог выдерживать нагрузки при взлёте и посадке. Лёгкость обеспечивают полости в костях, заполненные воздухом. Но если кости были б полностью полые, они бы не отличались прочностью. Чтобы это компенсировать природа создала «балки» подпирающие кости изнутри.
Клюв — тоже способ облегчения скелета, к тому же он повышает аэродинамику, важную в полёте. Он намного легче челюстей с зубами. Скелет птиц имеет ещё много особенностей и различных видоизмененных костей, служащих как для полёта, так и для других приспособлений. Итак, скелет лёгкий и прочный, но что дальше? Основной летательный аппарат птиц это крылья. Что же они из себя представляют?
Передние конечности птиц — это редукцированные передние конечности рептилий, от которых птицы произошли. Миссия крыльев быть аэродинамичными и сильными, но при этом лёгкими. Как же это достигает природа?
Природа создала крылья — чудо инженерии. С птиц люди и черпали знания, чтобы тоже освоить воздушное пространство.
Крылья прекрасны с аэродинамической стороны. По форме крыло в разрезе напоминает каплю, приплюснутую снизу. Благодаря этой форме воздух над крылом проходит быстрее. Из-за увеличения скорости потока, давление уменьшается. В то же время под крылом создаётся высокое давление и крыло вместе с птицей (или самолётом) летит вверх.
Ещё одна особенность крыла это ограниченное движение запястного сустава. Мы, люди, можем двигать кистью в разные стороны без препятствий. Птицам же в полете требуется твёрдое положение крыла в пространстве. Движение запястья тут совсем ни к чему. Поэтому, птичье запястье может двигаться только в одной проскости, как локоть.
Двойное дыхание
Способность летать, довольно энергозатратная штука. Мыщцам требуется много кислорода постоянно. Для этого есть ещё один крайне интересный механизм. У птиц не бывает отдышки, они буквально вдыхают когда выдыхают.
Механизм двойного дыхания не такой замысловатый каким кажется на первый взгляд. Птицы обладают не растижимыми лёгкими, но при этом все пространство между органами, а иногда и пространство в костях, заполненно очень даже растижимыми воздушными мешками. В состоянии покоя, то есть не в полёте, дыхание происходит без участия легочных мешков. Самое интересное начинается, когда птица взмывает в воздух.
В состоянии покоя дыхание производится за счет мышц грудины, но в полете её мышцы заняты поднятием и опусканием крыльев. Как же тогда птица дышит? За счёт крыльев! При поднятии и опускании крыльев воздушные мешки расширяются, засасывая воздух, и сжимаются обратно, выталкивая воздух.
Важно уточнить, что газообмен происходит только в лёгких. Легочные мешки не способны совершать газообмен.
На стадии вдоха передние и задние воздушные мешки расширяются, свежий воздух попадает в лёгкие и задние мешки, а отработанный воздух из лёгких переходит в передние мешки.
Во время выдоха легочные мешки сжимаются, отработанный воздух из лёгких и передних мешков выдыхается, а в лёгкие из задних мешков попадает свежий воздух. Получается, что в лёгких постоянно есть свежий воздух. Очень удобная вещь, думаю многие бы не отказались от двойного дыхания. Также воздушные мешки участвуют в терморегуляции во время полёта. Находясь рядом с активно работающими грудными мышцами, они выводят лишнее тепло вместе с выдыхаемым отработанным воздухом. Так как перьевой покров очень хорошо сохраняет тепло, птица может перегреться, а легочные мешки помогают избежать этого. Такой механизм дыхания есть не только у птиц, но и у некоторых рептилий.
Организм птиц это несомненно совершенное инженерное решение, комплекс систем, которые крайне слаженно работают вместе, чтобы обеспечить птицам полёт и выживание. Птица — это прекрасный баланс лёгкости и силы, в ней собраны множество эффективных систем, которым людям ещё предстоит учиться.
Источник
Как летают птицы?
Что мы знаем о полете птиц? Мы точно знаем лишь то, что они летают. Машут крыльями и летают. Почему же люди, чтобы летать в небе, создают мощные двигатели, безжалостно жгущие тонны керосина и создающие огромную тягу? Мощных двигателей у птиц нет — так почему они могут летать так долго, далеко и быстро?
Первые птицы появились в начале Юрского периода, примерно 150 млн. лет назад. Между первой пра-птицей археоптериксом и современными орлами или дроздами — огромная дистанция, около 150 миллионов лет эволюции, когда выживали самые приспособленные.
Те же перелетные птицы — например, гуси, — когда осенью улетают на юг, а весной возвращаются на север, пересекают за один дневной перелет большие расстояния, летят выше гор в тех местах, где их путь преграждают горы. Какой самолет способен вот так лететь часами и сутками без единой посадки? А ведь ни одна птица не достигает мощностей в те самые сотни и тысячи лошадиных сил, как есть в двигателях самолетов.
Кажется, будто птицы летят просто и легко. Машут крыльями вверх-вниз и все. На заре воздухоплавания люди примерно так и полагали. Увы, первые орнитоптеры (они же махолеты, птицекрылы и так далее) либо не полетели, либо разбились в первом же тестовом полете.
Орнитоптеры (сначала модели) люди создавали с XIX века. Маленькие модели могли недолго порхать. А вот когда попробовали сделать орнитоптер в размер человека — он не полетел. Ни в веке XIX, ни в веке XX. И в будущем вряд ли когда полетит. По крайней мере, пока мы досконально не разберемся, как это делают птицы.
Мы думаем, что птицы машут крыльями вверх-вниз, и ошибаемся. При съемке полета птицы на скоростную камеру можно заметить, что крылья совершают очень сложное движение: не только вверх-вниз, но и вперед-назад — и еще есть несколько составляющих. Крылья в полете при взмахе меняют положение так, как будто загребают воздух.
Кроме этого, мы знаем, но не придаем этому должного значения, что для полета еще очень важны перья птицы. Когда в середине прошлого века специалисты по орнитологии попробовали к крыльям голубя снизу к перьям приклеить папиросную бумагу, голубь еле взлетел и тут же, опустившись на поверхность, немедленно расклевал бумагу, мешавшую перьям выполнять свою функцию в полете. Функцию, о которой мы пока лишь догадываемся, ибо этот опыт показал, что потоки воздуха, проскальзывающие через щели между перьями, тоже дают добавку и к тяге, и к подъемной силе крыла.
Крылья птиц имеют эластично-упругую структуру. Благодаря этому во время взмаха они меняют свой профиль — так, чтобы, с одной стороны, увеличивалась подъемная сила, а с другой стороны, крылья при взмахах сначала аккумулируют силу, а затем отдают ее при следующем взмахе. Перья при взмахах немного закручиваются, так что Жуковский, изучавший особенности полета птиц, назвал их «крылатым пропеллером».
Хвостовое оперение парящей птицы действует подобно выдвижному закрылку, оно при планировании увеличивает подъемную силу, облегчая птице ее полет. А почти прямоугольные перья таких птиц, как аист или коршун, в зависимости от угла, под которым птицы их устанавливают, могут создавать не только подъемную силу, но и тягу. И благодаря структуре своих крыльев эти птицы могут парить в восходящих термических потоках (например, от согретых солнцем распаханных полей) или в вертикальных потоках ветра у склонов гор.
Были проведены вычисления подъемной силы и тяги машущего крыла, копии голубиного, и выяснилось, что потребность в мощности движителя — в несколько раз меньше, нежели у самолета с пропеллером. Одна беда — мы лишь примерно знаем, «как» должно быть устроено такое искусственное «голубиное» крыло. Для реализации пусть не самолета-орнитоптера, но хотя бы «махоциклета» необходимы многочисленные опыты, чтобы методом проб и ошибок установить, из чего именно должны быть созданы искусственные перья, как именно их надо крепить к крыльям, какими должны быть эти крылья и как должно организовываться сложнейшее движение крыла вверх-вниз, плюс круговое с изменением формы крыла для лучшей тяги и подъемной силы.
Уже в 1960-е годы энтузиасты МАИ пытались построить «махоциклет». Он не летал, как самолет, но мог недалеко и невысоко «подлетывать», пока у энтузиастов было время на опыты. До серийного изделия эту идею пока довести не сумели. Хотя по расчетам, если крыло выполнить максимально близко к реальному крылу птицы, должна получиться машина энергетически вдвое более эффективная, чем самолеты, и в 7 раз, если сравнивать с вертолетами.
Увы, дешевизна авиационного керосина и простота конструкции самолетов обеспечили им преимущество перед орнитоптерами. Ведь пока что мы даже не знаем, как именно для них должно быть сконструировано машущее крыло. Уж больно красиво и сложно природа создала птичьи крылья — нам пока не дано понять, в чем там секрет.
Источник