И зрения аэродинамики шмель летать не может

На планете есть организмы, которые не должны существовать, ведь они нарушают законы физики и биологии. Тем не менее такие живут — и прекрасно себя чувствуют. Как им это удается?

Существование жирафа — нонсенс, так как даже их десятикилограммовое сердце не в состоянии поднять столб крови на высоту трех метров до головы слишком высокого давления, которое заодно должно разрывать сосуды шеи. Жираф не может наклоняться: прилива крови к голове неизбежен обморок. Давление в ногах жирафа составляет около 400 мм рт. ст. Для людей фатальны куда меньшие значения, и в сосудах наших ног давление не превышает 90 мм рт. ст.

Хотя у жирафов огромное сердце, относительно размеров тела оно оказывается вполне среднестатистическим. Только в 2016 году ученые выяснили, что требуемое для подъема крови усилие создается за счет необычного строения желудочков и их укрепленной стенки. Чуть ранее было показано, что сосуды шеи не разрываются благодаря чрезвычайной эластичности, а сосуды в ногах, наоборот, напоминают крепость — настолько утолщены их стенки. Кроме того, сосуды умеют очень сильно сжиматься, чтобы противостоять внешнему давлению. А кровь не приливает к голове, когда жираф наклоняется, так как скапливается в идущих вдоль шеи венах.

Побывав за бортом МКС, в глубоком вакууме и космическом холоде, тихоходки выжили, а после дали плодовитое потомство. Эти существа выдерживают широкий спектр излучения, дозы которого в тысячу раз превосходят смертельный для человека уровень, нагревание до 150 °C и давление в 6000 атмосфер (нормальное давление у поверхности — 1 атмосфера).

Оказываясь в экстремальных условиях, тихоходки впадают в анабиоз: их метаболизм замедляется до 0,01% от нормального, а содержание воды в тканях падает до 1% от нормы. Клетки тихоходок выдерживают обезвоживание благодаря особым сахарам и белкам, которые принимают на себя неблагоприятные воздействия. ДНК крошечных животных защищают от радиации уникальные белки семейства dsup, которые «обволакивают» нуклеиновые кислоты, не давая излучению добраться до генов. Эти же белки спасают ДНК тихоходок от повреждения сильными окислителями вроде перекиси водорода.

Относительно небольшие крылья не могут развивать подъемную силу, достаточную, чтобы удерживать тяжелого шмеля. Первым на этот факт обратил внимание в 1934 году французский энтомолог Антуан Маньян. Исследователь готовил к изданию свой учебник под названием «Полет насекомых», и ему понадобилось рассчитать характеристики полета шмеля. Маньян поручил вычисления помощнику, инженеру Андре . Тот, применив известные тогда принципы аэродинамики, однозначно заключил, что шмель летать не может.

Законы физики не мешают шмелям летать, просто принципы полета насекомых совсем не те, что применяют при конструировании самолетов. В отличие от самолетных крыльев шмелиные при взмахе изгибаются, создавая , которые поднимают насекомых вверх и при взмахе, и при опускании крыльев.

За один прыжок кенгуру преодолевают до девяти метров, а прыгать они могут часами. Расчеты показывают, что такая прыгучесть требует минимум в 10 раз больше энергии, чем звери получают из пищи.

Упругие сухожилия в задних конечностях запасают до 70% энергии для прыжка. Кроме того, задача оттолкнуть тело от земли значительно облегчается за счет компенсаторных движений разных частей тела кенгуру, в первую очередь хвоста и головы. Простые расчеты, подразумевающие, что кенгуру — нечто вроде мешка с картошкой, который нужно поднимать и опускать на землю, не включают все эти факторы.

Археи / Thermococcus gammatolerans

Эти похожие на бактерий существа переносят дозу радиации в 30 000 грей. Человек умирает, получив всего 5 грей: излучение такой интенсивности в клочки рвет ДНК. Кроме того, T. gammatolerans отлично себя чувствуют в кипятке: в гидротермальных источниках, где их обнаружили в 2003 году, температура достигает 100 °C.

Как T. gammatolerans выдерживают убийственную радиацию, до конца неясно. Микроорганизмы восстанавливают ДНК благодаря очень активным системам «ремонта» нуклеиновых кислот. Но их недостаточно, чтобы противостоять дозе в 30 000 грей, так что исследователи активно изучают T. gammatolerans: возможно, их способы защиты удастся применить для «починки» повреждений ДНК у человека.

Если бы автомобиль ездил со скоростью колибри (относительно своих размеров), он бы развивал сумасшедшие 2090 км/ч — в 1,7 раза быстрее скорости звука! За секунду колибри перемещается на расстояние, в 380 раз превышающее длину ее тела. за то же время преодолевает дистанцию в 38 раз больше собственной длины. Чтобы так разгоняться, птичкам приходится делать до 80 взмахов в секунду. При этом «полетный КПД» мышц крыльев не превышает 20%, а остальная энергия рассеивается в виде тепла. Учитывая, что колибри живут в жарком климате, а перья не дают теплу уходить в окружающую среду, птицы должны нагреваться до температур, несовместимых с жизнью.

Отвод тепла колибри долгое время оставался загадкой. Но в 2016 году исследователи при помощи высокочувствительных инфракрасных видеокамер смогли зафиксировать, как именно птицы охлаждаются в полете. Оказалось, что тепло отводится через несколько особых зон: вокруг глаз, на ногах, под крыльями и на животе. Температура этих областей в среднем на 8 °C выше температуры окружающего воздуха, и в зависимости от скорости полета организм колибри «выбирает», через какие зоны и с какой интенсивностью избавляться от лишних градусов. То есть секрет колибри — в ювелирном распределении теплоотводных зон и их тончайшей регуляции.

Почему шмель не может летать по законам физики

Многие научные гипотезы, а затем и законы, были открыты при наблюдении за животными. Первые приспособления для парапланирования человека в воздухе были скопированы с крыльев птиц и насекомых. Ученые разбирали принцип полета того или иного живого существа и старались объяснить это с научной точки зрения. И лишь совсем недавно они смогли понять, почему шмель летает.

Внимание исследователей и людей науки привлекло маленькое насекомое, которое, вопреки всем известным на тот момент законам физики, летает. Его объемное тело, форма которого не отвечает аэродинамическим условиям, никак не стыковалось с маленькими невзрачными крылышками. Все в один голос утверждали, что шмель не может летать с такими физическими данными.

Ошибочная гипотеза

Математическими формулами и законами аэродинамики объясняли полеты многих насекомых:

Аэроанализу подвергали любое летающее живое существо и после некоторых вычислений становилось ясно, как оно летает. Когда очередь дошла до шмеля, который является ближайшим родственником пчелы, ученые зашли в тупик. Они пытались применить формулы, по которым рассчитывается подъемная сила, действующая на самолет.

Нет ничего удивительного в том, что эти формулы никак не подходили к полету насекомого. Площадь поверхности его крыльев была слишком мала, чтобы создать силу, способную поднять грузное тело. Никакой речи о планировании в потоке воздуха здесь не было. Вывод был однозначный и курьезный: шмель не может летать.

Все дело в крыльях

Наука и техника не стояли на месте и вскоре к вопросу о полете шмеля вернулись. Теперь к решению этой задачи подошли более тщательно, записав на видеокамеру, как летает шмель. С помощью современной аппаратуры удалось рассмотреть все движения крыльев насекомого в замедленном действии и начать строить новую гипотезу.

На видеозаписи специалисты разглядели принцип движения крыльев. Маленькие и невзрачные, они совершали очень необычные взмахи. Помимо возвратно-поступательных движений они одновременно совершали еле заметные колебательные вибрации, похожие больше на мелкую дрожь. Именно эти высокочастотные колебания стали причиной полета насекомого.

Во время наблюдений за движением крыльев мохнатого родственника пчелы было подсчитано, что он совершает ими 300-400 взмахов в секунду.

Благодаря этим микровибрациям крылышек вокруг их концов создаются завихрения воздуха с переменным значением плотности. Разница в плотности потоков воздуха и создает подъемную силу, действующую на насекомое. Такими завихрениями не обладают взмахи крыльев бабочки или пчелы, поэтому изначально к данному выводу не смогли прийти.

Доказательная база от ученого-физика

Впервые научно-обоснованное заключение по полету шмеля было представлено всеобщему обозрению в середине прошлого столетия. Женщина-физик Чжэн Джейн Ван, работающая в известном Корнеллском университете США, привела доказательную базу по образованию подъемной силы за счет завихрений.

Физик потратила немало времени на тщательные исследования по этому вопросу, и к ее гипотезе не было возражений. Еще она отметила, что основной ошибкой ученых, уверяющих, что по законам физики шмель не может летать, было отсутствие достаточных знаний в определенных разделах аэродинамики.

Применение формул, по которым рассчитывается полет авиалайнера со статичным состоянием крыльев, невозможно к расчету полета насекомого, которое активно машет крылышками в нескольких плоскостях. Такое движение в воздухе является ярким примером раздела нестационарной газово-вязкой динамики.

Итогом всех этих исследований стало окончательное заключение, что мохнатый родственник пчелы летать может. Интересней тот факт, что насекомое и без этих сложных и долгих умозаключений великих умов как летало, так и продолжает летать. Даже если впоследствии появится новая гипотеза аэродинамики шмеля, он все равно будет совершать свои ежедневные полеты, несмотря ни на что.

Почему шмель не может летать?

Говорят, что по законам аэродинамики шмель летать не может. Это почему?

Если шмель не может летать, значит, он приболел или лишился своих небольших по площади, но очень подвижных крылышек, способ функционирования которых тщательно исследовался учёными (почитать можно здесь). Как видим, полёт осуществляется за счёт вращения — возникающей силы достаточно, чтобы поднимать, удерживать в воздухе и перемещать даже такую «бомбочку».

Существует мнение, что, согласно теории, шмель не должен уметь летать, так как это противоречит всему, но после тщательно исследования, ученые поняли, как это происходит на самом деле. Крылья шмеля изгибаются, тем самым создавая вихри, и являясь источниками подъемной силы при взмахах и опускании.

Другими словами, крылья шмеля образуют временные мощные силы, образующиеся в начале и конце каждого взмаха. С помощью торможения подобные силы необъяснимы.

Силы эти достигают максимума во время обратного взмаха, когда крыло начинает быстро вращаться. Из этого следует сделать вывод, что вращение в полете шмеля играет немаловажную роль.

С точки зрения аэродинамики шмель не может летать

Существует расхожее мнение, что с точки зрения аэродинамики шмель не может летать. Шмель не может летать согласно уравнениям аэродинамики, использующимся при расчёте подъёмной силы самолётов. Полет же насекомых происходит при совершенно других числах Рейнольдса (коэффициент подобия), чем полет самолета.

Физик Джейн Ванг (Jane Wang) из Корнелльского университета (США) доказала, что полет насекомых не нарушает физических законов, и наконец развеяла старый миф о том, что по законам аэродинамики шмели летать не могут.

Для этого потребовалось много часов моделирования на суперкомпьютере сложного движения воздуха вокруг быстро движущихся крыльев. Старый миф о шмеле — просто следствие плохого понимания авиаинженерами нестационарной вязкой газовой динамики, отметила Ванг. Жесткое неподвижное крыло самолета поток воздуха обтекает почти без завихрений, и его вязкость можно не учитывать. Насекомые же полностью зависят от сложных завихрений вокруг их крыльев, особенно когда они висят на одном мест

По законам физики шмель летать не может, но он их не изучал и продолжает летать дальше

В начале ХХ века активно развивалось самолётостроение и взгляд инженеров пал на шмелей. Почему?

Дело в том, что согласно математическим вычислениям мухи, бабочки, пчёлы могли свободно перемещаться по воздуху, а вот пухленькое тельце шмеля, относительно маленьких крылышек подниматься никак не могло.

В то время пока сам шмель демонстративно показывал бессилие науки, утверждение о том, что летать он никак не может разбежалось по всему миру и каждый, уважающий себя самолётостроитель пытался разгадать секрет маленького насекомого.

Дак в чём же кроется тайна шмеля?

Мы всегда Вам рады, по этому ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на наш канал, что бы быть в курсе новостей и фактов из мира братьев наших меньших и читайте другие, не менее интересные статьи.

Поддержать проект можно пополнив яндекс кошелёк 410016720893674 на любую сумму.

Годы шли, а утверждение продолжало бытовать. В середине ХХ века, женщина из Корнельского университета Jane Wang, после многочисленных исследований, наблюдений и расчётов всё же смогла доказать, полёт шмеля не противоречит законам физики, а напротив, только подтверждает их. В отличие от мух, бабочек и пчёл шмели используют совершенно другую технику полёта. В то время, когда комары и остальные представители насекомых планируют в потоках воздуха, шмели создают вихревые потоки воздуха под своими крыльями и с каждым новым взмахом отталкиваются уже от них.

Конечно, в построении самолётов аэродинамика шмелей не пригодится, а вот по мере развития, позаимствовать данную технологию вполне смогут вертолёты с гибкими лопастями.

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Родилось такое утверждение в начале XX века, когда бурно развивалось самолетостроение. Ученые того времени применяли к насекомому условия полетов по законам аэродинамики (вычисления силы, предназначенной для подъема в воздух тяжеловесных лайнеров).

Почему выбор пал на мохнатое насекомое? У шмеля относительно грузной массы тела маленькие по размеру крылышки. Это и привлекло внимание ученых.

Математические исчисления подходили для пчел, мух, бабочек, а вот к шмелям это применение по законам физики оказалось невозможным. Загадочное насекомое опровергало все математические выводы ученых. Что они сделали? Попытались вписать шмелиный полет к формулам, исчисляющим подъемную силу авиалайнера, забыв о том, что самолет не умеет махать крыльями.

В итоге, получив парадоксальный вывод о невозможности полета земляной пчелы, ученые заявили, что «шмель летать не может, но летает, нарушая законы физики». Но мохнатое насекомое физику не изучало и на лекциях не сидело. Ежедневно шмелики, радостно гудя крыльями, показывали, насколько наука бессильна.

Почему шмель летает?

Наука развивалась. Полет насекомого, то, с какой скоростью и как именно оно летает, удалось досконально снять на камеру. Взмахи крыльев просматривали в замедленном темпе, изучали траекторию движения. Какие выводы получили?

При интенсивной работе крылышек, их края образуют воздушные завихрения. Завихи убираются, как только крыло перестает взмахивать.
Эти завихрения воздуха обладают различной плотностью воздушного потока.

Разница в давлении воздуха создает силу подъемную, которая и поднимает бомбуса в воздух.

Та же бабочка или комар не могут сбрасывать воздушные завихрения, их полет заложен на планировании в потоке воздушных масс. Шмель летает вопреки законам аэроанализа, ведь его работающие крылышки рождают большую аэродинамическую силу. А возвратно-поступательные взмахи крыльев делали исследования передвижения насекомого слишком сложными и непредсказуемыми для аналитики.

Аэродинамическая поверхность с подвижной амплитудой генерирует гораздо большую подъемную силу, чем жестко фиксированное крыло. И крылышки шмеля создают одновременно не только возвратно-поступательные, но и ритмически-колебательные движения (за секунду крыло бомбуса совершает 300-400 таких взмахов).

Доказательную базу привела в середине XX века женщина-физик из Корнельского университета Чжэн Джейн Ван (Jane Wang). Она потратила много часов, моделируя за сверхмощным компьютером схему движения вихревых потоков, создаваемых шмелиными крыльями, и сделала окончательный вывод: «Шмель не нарушает аэродинамические законы. Его полет зависит от крыльевых завихрений. А при полете самолета воздух обтекает его».

Чжэн отметила, что миф о полете земляной пчелы – это следствие неграмотного понимания инженерами-авиаконструкторами нестационарной газово-вязкой динамики.

Лайнер, выстроенный со строгим соблюдением шмелиных пропорций, никогда бы не взлетел. Принципы работы крыльев земляной пчелы невозможно применить для авиастроения. Но в будущем, если появится модель вертолетов с гибкими, эластичными лопастями, полет шмеля пригодится авиаконструкторам!

Почему шмель летает?

Рождение этой легенды относится к началу 20 века, когда один ученый рассчитал подъёмную силу крыльев шмеля. Но почему был выбран именно шмель? Дело в том, что шмель имеет малые крылья относительно массы и размеров собственного тела. Именно в этом и заключается особый интерес, а может ли шмель летать?

Шмель относится к перепончатокрылым насекомым, во многих отношениях является близким родственником медоносных пчел. В природе насчитывается примерно 290 видов шмелей. Это одно из самых холодостойких насекомых.

Шмель может разогревать своё тело до 40 градусов за счет постоянного и быстрого сокращения грудных мышц. При этом его температура может превышать температуру окружающего воздуха на 20-30 градусов. Эта особенность позволяет шмелю вылетать для сбора нектара раньше конкурентов, когда еще не прогрелся воздух.

Еще в прошлом веке появился парадокс, в котором доказывалось с точки зрения биологии и физики, что шмель не способен летать. В расчетах математических ошибок не было. Тем более, что математика неплохо описывала полеты пчел, бабочек и других насекомых.

Главная ошибка расчетов объясняется тем, что проведены они были в самом начале развития науки аэродинамики. Учёный применил к полету шмеля формулы для вычисления подъёмной силы самолетов, в итоге чего получил парадоксальный результат и сделал вывод, что шмель не способен летать, но летает, нарушая законы физики.

Еще одна ошибка в том, что ученый проделал все эти вычисления, так как не мог понять, что самолет, в отличие от шмеля, крылышками не машет. У шмеля механика полёта совершенно другая, и к самолетам она не подходит.

Почему шмель летает вопреки расчетам — стало аргументом в пользу бессилия науки. Но наука и техника развивались. Полет шмеля и движения его крыльев удалось заснять на камеру, потом просмотреть в замедленном режиме, изучить траекторию движения крыльев.

Оказалось, что при очень большой частоте движений крыльев у их краев образуются завихрения воздуха, которые убираются при завершении взмаха крыла. В завихрениях имеется разность давлений воздуха, которая и создает подъемную силу. На этом же принципе основан полет многих мух. Бабочки не умеют сбрасывать завихрения, но они умеют, в отличие от шмеля, планировать.

За один час полета шмель пролетает расстояние, превышающее его длину примерно в 10000 раз. Это означает, что человек со средним ростом в 180 сантиметров должен был бы пробежать за час 180 километров.

Самый крупный из шмелей живет в Центральной Америке. У взрослой самки длина тела может достигать до 3,2 сантиметров, а размах ее крыльев может быть и около 5 сантиметров.

Один из самых маленький шмелей — изменчивый шмель, живущий в Центральной Европе. Длина тела у взрослой самки всего лишь от 1,6 до 1,8 см, а размах крыльев изменчивого шмеля не превышает 3 сантиметров.

Узнать, почему шмель летает, удалось относительно недавно. Принципы его полета нельзя использовать для разработки самолетов. Но, возможно, их можно использовать для проектирования вертолетов с гибкими лопастями. Будущее покажет.

Шмель летать не должен

По законам, понимаешь, современной аэродинамики шмель летать не может. Не должен, падла, летать! А он летает… сука насекомая неграмотная.

» — Веллер, «Ножик Сережи Довлатова»

Шмель летать не должен — известный «научный» парадокс, на самом деле, давно уже переставший быть таковым, но всё ещё нередко воспроизводимый разными недалёкими личностями. Иногда вместо шмеля подставляется майский жук, но сути это не меняет.

Полностью этот боян звучит так: «По законам физики шмель летать не должен, но он об этом не знает и всё равно летает». От одной только такой постановки проблемы забьётся в конвульсиях не то что учёный, но и любой здравомыслящий человек, понимающий, что наука призвана вовсе не огораживать человечество от окружающего мира, а как раз таки рационально этот мир познавать. Но обо всём по порядку.

Содержание

[править] Предыстория

Рождение сабжа овеяно легендами и относится к началу ХХ века, когда один великомудрый учёный (имена называются разные, чуть ли не сам Людвиг Прандтль) решил произвести расчёт подъёмной силы крыльев шмеля. Почему именно шмеля? Шмель — насекомое с символизирующим латинским названием Bombus, имеет слишком маленькие крылья относительно размеров и массы собственного тела, но при этом всё равно умудряется летать, в связи с чем представляет для исследований особый интерес.

Поскольку дело было только на заре аэродинамики, учёный применил к шмелю формулы расчета подъёмной силы самолётов, в результате чего потерпел фейл и заключил, что шмель летать не должен и делает это фактически вопреки законам физики. Даже если это и правда, то проделал он всё это, вероятнее всего, исключительно для лулзов, потому как не мог не понимать, что аэроплан, в отличие от шмеля, крыльями не машет, механика полёта у него совсем другая и к шмелям она по определению не подходит. Изучение полёта насекомых, таким образом, ждало своего часа. Тем не менее, попирающий основы мироздания шмель, не дожидаясь, меметизировался и полетел пошёл в народ, где снискал широкую популярность и как аргумент в пользу бессилия науки, и как годный катализатор СПГС, и просто как прикол, которым не грех под стакан повеселить друзей и коллег по работе.

[править] В миру

В те времена и правда едва ли представлялось возможным достойно изучить полет насекомых уже просто потому, что уровень возможностей фотоаппаратуры долгое время не позволял фиксировать точную траекторию движения их крыльев. С достижением оного, а также развитием этой самой аэродинамики с открытием новых законов и принципов, сабж постепенно стал утрачивать ореол таинственности и не так давно лишился его вовсе. Ныне интернеты полнятся ликованием относительно того, что очередные британские ученые в очередной раз «опровергли распространённое заблуждение о невозможности полёта шмеля».

Тем не менее, сабж в изначальном виде всё ещё предсказуемо популярен в социальных сетях [1] , как известно, чуть менее, чем полностью заполненных любителями «эффектных» цитат и демотиваторов различной степени безграмотности, не привыкшими проверять ту поебень, под которой подписываются. Также эта мудрая мысль слегка обстёбывается в мультике «Би Муви. Медовый заговор», только там не должна летать уже пчела.

[править] Разбор полётов

Механика машущего полёта насекомых — реально сложный матан, и далёкий от физики человек едва ли сможет его полностью понять и уж тем более объяснить другому, просто прочитав его описание. Что касается конкретно шмеля, то очень упрощённо суть можно пояснить так: при быстрых-быстрых взмахах крыльев, имеющих определённую гибкость и траекторию движения, у их краёв образуются кольцевые завихрения воздуха, которые «сбрасываются» при завершении взмаха и создают насикомому необходимую подъёмную силу и определяют направление движения.

Следует, всё же, заметить, что шмель, несмотря на применение передовых достижений в биомеханике, далеко не самый искушенный летун среди своих членистоногих собратьев. Миллионы мух летают аналогичным шмелю образом, однако при этом, в силу ряда причин, они более приспособлены к тому самому высшему пилотажу, который вызывает у анонимуса тонны ненависти и сильно затрудняет их последующее истребление. А вот более подкованные в физике бабочки умеют использовать в процессе перемещения различные принципы, не ограничиваясь сбросом воздушного потока. Они тоже упорно не вписывались ни в какие теории до того, как скоростная киносъёмка дефлорировала их тайну. Крейсерский полёт у бабочек не менее хитрожопый, чем у шмеля: бабочки «аплодируют» крыльями, смыкая их сначала концами, а потом уже по всей площади. Воздух из этой трубки по мере её схлопывания выталкивается назад, бодро подталкивая расписную тварь вперёд и вверх. Кроме того, бабочки умеют планировать, расправив крылья, там, где шмель, сделав то же самое, просто ёбнется жопой о землю.

Муха, оседлавшая вихрь.

Бабочка вертикального взлёта.

В итоге остаётся только в очередной раз преклонить колени перед матерью-природой, создавшей такие сложные и совершенные лётные механизмы для своих насекомых отпрысков, несмотря на то, что особого профита от их исследований всё равно нет — бытует мнение, что в человеческих масштабах полёт насекомого не воспроизвести — не позволит всё та же физика, но это уже совсем другая история.