Обтекания в природе

В. СОЛЕВ

Когда зоолог смотрит на форму современного большого скоростного самолета, ему приходит в голову, что корпус машины похож на тело лосося. Конечно, не во всем заметно такое сходство: самолет должен иметь более или менее выдающееся стекло для кругозора пилота; корпус самолета посредине, там, где помещается кабина, неизбежно расширен. Понятно, что этих выступающих частей лосось не имеет и не может иметь: они не давали бы ему возможности существовать.

Скоростная обтекаемая форма атлантического лосося и обтекаемая форма современного транспортного самолета.

Поверхность самолетов пока что менее совершенна, чем внешние формы рыб. Края листов дюраля и заклепки вызывают значительное лобовое сопротивление. Другое дело у рыбы: она покрыта мельчайшей, плотно прилегающей тонкой чешуей. Слизь, покрывающая тело рыбы, делает его весьма скользким. Вода, обтекающая рыбу, не встречает никакого трения, поэтому рыба плывет очень быстро.

Лосось — рыба, еще не характерная по степени обтекаемости своей формы. Ее носовая часть, например, слишком заострена — это необходимо лососю для изготовления канавки в гальке, покрывающей дно водоема, где происходит метание икры. Кроме того, тело лосося непропорционально длинновато по сравнению с его толщиной. В чем же своеобразие лосося как скоростной рыбы? Когда маленький рот лосося закрыт, то передняя часть тела получается симметрично закругленной. Сзади каждой ноздри, представляющей собой маленькое круглое отверстие, есть небольшие возвышения, которые сглаживают возникающие завихрения. Глазные орбиты имеют форму обтекателей аэропланных колес. Жабры прилегают к телу весьма плотно.

Обтекаемая форма головы лосося. Стрелками указан путь, проходимый поступающей через носовые отверстия водой (она выходит за жабрами).

Подвижный мускул у основания заднего плавника лосося обеспечивает в любое время надлежащую обтекаемость форм.

Корпуса высокоскоростных рыб в сечении имеют почти круговую форму. Спереди тело сводится к одной точке. Хвост острый, раздвоенный. Вместо движения со стороны на сторону, как это имеет место у других рыб, движение скоростных рыб носит характер извивания вокруг продольной оси.

Раздвоенный хвост соленоводной, морской рыбы, рассчитанный для очень быстрого передвижения.

*

В чем трудности подражания природе, почему нельзя изготовить точной копии тела рыбы или птицы?

Прежде всего, с того момента, когда рыба вынимается из воды, покрывающая ее слизь начинает высыхать, а затем изменяются формы тела —  плавники перекореживаются и расщепляются, рот и жабры открываются, изменяя форму прилегающей части тела.

Не менее трудно «снять мерку» с птицы. Форма живой птицы, находящейся в воздухе, меняется буквально ежесекундно. Вся поверхность ее тела, по существу говоря, имеет переменную форму. Даже нижние перья тела, казалось бы маловажные, зависят от температуры и состояния кожи.

Форма летящей птицы зависит от скорости и направления окружающих потоков воздуха. В процессе полета крыло и его отдельные перья изгибаются, причем способность к изгибу зависит от состояния сухожилий и мускулов самого крыла и груди.

Обтекаемые формы нападающего на жертву сокола («ставка» сокола).

Высокоскоростные птицы часто обладают внешней слитностью туловища и головы. У стрижей, ласточек и других птиц можно заметить, что голова переходит непосредственно в туловище.

Другие птицы, как, например, утки, гуси, журавли, наоборот, имеют голову, посаженную на очень длинную шею, как бы отделяющую голову от туловища. В этом случае завихрения воздуха, вызываемые головой, сглаживаются, стираются проходящим вслед за ней массивом корпуса.

Толстый покров упругих перьев сглаживает у птиц переходы от корпуса к крыльям и т. д. Под крыльями есть даже специальные перья, служащие для заполнения пустоты около перехода линии крыла в линию тела.

Перья птицы весьма жестки. Под увеличительным стеклом можно заметить, что они состоят из множества малых, примыкающих и заходящих друг за друга бородок, причем покров этот не сплошной, а с промежутками. Опытный наблюдатель, взявший в руки какое-нибудь птичье перо, всегда скажет, какое положение занимало оно на теле птицы по отношению к направлению воздушных потоков. Он отличит, какой край пера заходит под низ или под верх соседнего, а вместе эти перья образуют ровную плоскость.

Весьма ловко устраиваются птицы со вдохом и выдохом воздуха. Ведь легко может случиться, что выдыхаемый воздух будет «опрокидываться» на тело птицы. Чтобы этого избежать, стриж выдыхает воздух назад. Вдыхание происходит так же сзади. Это обусловлено устройством ноздрей, которые выглядят обычными, на самом же деле обращены назад. Все токи воздуха идут вследствие этого по касательной к телу.

Ноздри стрижа обращены назад и вверх, так что выдыхаемый воздух не создает завихрений. Если направить «выхлопы» вниз (как то делается на самолетах, даже типа низкопланов), то вдыхания и выдыхания воздуха создавали бы завихрения у самого крыла.

*

Любопытное явление, долгое время представлявшее собой загадку, — это «полет» летающих рыб. Существовало много рассказов об этих рыбах, которые встречаются в водах южных океанов. Только сравнительно недавно удалось сделать моментальные снимки «полета» летающих рыб и, таким образом, найти объяснения его возможности.

Приемом полета «летающие рыбы» чаще всего пользуются в том случае, когда под водой их настигает преследующий враг — хищная рыба. Сильным и быстрым вращательным движением лопасти хвоста (около 60 вибраций в секунду) летающая рыба придает своему телу большую скорость. Она выходит из воды, распустив большие передние плавники, служащие ей затем как несущие плоскости во время скольжения по воздуху. Такой «полет» продолжается порой на протяжении не одного десятка метров. Длительность его подчас дополнительно увеличивается при рикошетном ударе волн, подбрасывающем рыбу вверх и вперед. Бывает, что рыбы «залетают» таким образом даже на палубы судов.

Отталкивание от поверхности воды (выход на воздух).

Продолжение «полета». Удар о волну с целью нового взлета и удлинения пути рыбы в воздухе.

Неудачный порыв ветра может опрокинуть рыбу, выну дни ее к «посадке» на воду, спиной вниз.

Общая картина «полета» летающей рыбы (см. верхний рисунок). 1. Рыба приближается к поверхности еще со сложенными плавниками. 2. Плавники расправлены, «плоскости» для скольжения готовы. 3. Рыба набирает скорость, сильно ударяя нижней частью хвоста о поверхность воды. 4. Расправляются задние плавники, высвобождая хвост из воды. 5. Скольжение началось. 6. Рыба погружается в воду, пролетев с полминуты.

Прием парашютирования тоже не чужд природе. Так семена клена, как известно, разносятся по воздуху на своеобразной формы «парашютах», медленно вращающихся (наподобие винта опускающегося автожира) и тем самым замедляющих приближение к земле.

Семена клена в полете и форма построенных по тому же признаку парашютов.

Американец Гардвууд, наблюдая, как плавно опускаются на землю семена клена, пришел к выводу, что конструкция их «парашютов» намного более проста и даже надежна, чем конструкция парашютов людских. Он сделал соответствующий каркас, обтянул его материей — и новая конструкция была готова. Свой парашют Гардвууд предназначает пока для почты (письма закладываются в том месте, где у клена находятся семена). Он может действовать при сбрасываний с весьма малой высоты. В этом случае важно сильнее бросать парашют вниз, чтобы «лопасть» пропеллера-парашюта скорее встретила сопротивление воздуха. Чтобы применить новый парашют для людей, необходимо переконструировать его так, чтобы подвешенный и поддерживаемый парашютом груз не описывал бы вращательных движений.