Păsările sunt al treilea grup de animale care au stăpânit zborul activ. În primul rând, insectele au luat-o în aer. Apoi, în epoca mezozoică, li s-au alăturat dinozaurii zburători pterozauri. Astăzi, liderii dintre vertebratele zburătoare sunt păsările. Ce le permite să zboare atât de liber și ușor?
În primul rând, păsările au scăpat de excesul de greutate corporală. Nu au vezică urinară. De ce să economisiți lichidul inutil? Dinții păsărilor au dispărut. Drept urmare, fălcile au devenit ușoare, iar craniul a fost ajurat. Munca maxilarelor a început să fie efectuată de stomacul muscular. Pereții săi puternici sunt capabili să măcine alimentele înghițite, cum ar fi cerealele. Oasele de păsări sunt poroase și subțiri. În loc de o coadă lungă, păsările au un coc mic, format din mai multe vertebre topite. Oferă vizibilitate excelentă și mobilitate a capului Gât lung. Bufnițele, de exemplu, își pot întoarce capul pe spate fără a-și schimba poziția corpului!
Păsările au o vedere excelentă. Coastele lor sunt subțiri și plate. Cufărul este ca un coș de răchită; este ușor, dar puternic. De el este atașat osul chilei, ceea ce este necesar pentru atașarea mușchilor puternici de zbor pectorali. Munca lor necesită multă energie, astfel încât păsările au o rată foarte mare de procesare a alimentelor ingerate. De exemplu, o mierlă digeră și asimilează fructele de pădure pe care le înghite în timpul unei lecții școlare în doar 45 de minute! Nu există păsări erbivore pentru că există prea puțină energie în iarbă. Sucurile digestive ale păsărilor acționează foarte rapid și eficient. La marabu dizolvă complet oasele înghițite, iar la cormorani și rațe dizolvă complet solzii de pește. Păsările au sânge cald. Temperatura corpului lor nu depinde de condițiile de mediu. În plus, este adesea mai mare decât temperatura corpului uman. Pentru o vrabie este aproape 42 °C. Condiția umană la această temperatură este aproape fatală. Sângele graurului este chiar mai fierbinte de 44 °C! Dar speranța de viață a majorității păsărilor este scurtă. Păsările cântătoare mici trăiesc mai puțin de doi ani.
Multă vreme, oamenii, imitând păsările, au încercat să se ridice spre cer. Cu toate acestea, primele volante pe care le-au construit nu au putut decolta de la sol. Avioanele moderne, avioanele și elicopterele zboară altfel decât păsările. Ei nu bat din aripi. Cu toate acestea, aripa unei păsări zburătoare funcționează atât ca aripă de avion, cât și ca lamă de elice! Partea aripii unei păsări de la antebraț până la mână are o formă asemănătoare cu profilul unei aripi de avion. Aici, în fluxul de aer, apare ridicarea aripii.
Temperatura corpului graurului este de 44°C. Este nevoie de multă energie pentru a menține o temperatură atât de ridicată, motiv pentru care păsările au o rată foarte mare de procesare a alimentelor. Temperatura corpului graurului este de 44°C. Este nevoie de multă energie pentru a menține o temperatură atât de ridicată, motiv pentru care păsările au o rată foarte mare de procesare a alimentelor.
Cintezul este una dintre cele mai comune și numeroase păsări cântătoare din regiunile centrale și sudice ale părții europene a Rusiei. Adesea se stabilește nu numai în pădure, ci și în grădini, parcuri și piețe, inclusiv orase mari. Cintezul este ușor de recunoscut după dunga sa albă strălucitoare de pe aripă și după cântecul său foarte plăcut. In padure zona de mijlocÎn Rusia, cintezele ajung la începutul lunii aprilie, chiar înainte ca frunzele să înflorească, și sunt printre primii care ne încântă cu cântecul lor și zboară în septembrie-octombrie. În regiunile sudice rămân iarna și migrează, adunându-se în stoluri.
Corpul păsărilor este în formă de ou, ușor de aerodinamic în timpul zborului. Gâtul este flexibil, subțire și lung; atunci când zboară, păsările îl întind, reducând rezistența. Păsările nu au dinți, acest lucru le face capul mai ușor, ceea ce este important pentru zbor. Pe părțile laterale ale capului sunt ochi mari, urechile sunt ascunse mai aproape de spatele capului, iar în partea de jos sunt timpane. Pielea este uscată, lipsită de glande. La baza cozii există o singură glandă coccigiană.
Corpul păsărilor este acoperit cu pene. Corpul păsărilor este acoperit cu pene. Penele de contur sunt principalele pene; ele creează conturul corpului unei păsări. Ele sunt localizate pe anumite părți ale corpului - pterilia. Apteriile sunt zone lipsite de pene de contur. Pena de contur este formată din: Un ax cornos și evantai largi, moi și elastici situate pe laterale.
Pene de contur Pene de zbor - pene situate pe aripi Pene de zbor - pene situate pe aripi Pene de coadă - pene situate pe coadă. Penele cozii sunt pene situate pe coadă. Partea inferioară a penei, care se află în piele, se numește penă.Partea inferioară a penei, care se află în piele, se numește penă.Penele de zbor sunt împărțite în trei grupe:. Penele de zbor sunt împărțite în trei grupe:. Puterile primare, secundare și a treia - creează suprafața de zbor a aripii.
26
Să luăm în considerare fluxul de aer orizontal în raport cu suprafața înclinată a aripii în cazul în care marginea sa anterioară este ridicată deasupra muchiei de fugă. În acest sens, aripa acționează ca un plan portant. Fluxul de aer deasupra aripii întâmpină o rezistență mai mică și dezvoltă o viteză mai mare decât sub aripă (Fig. 17.52). Ca urmare, presiunea aerului deasupra aripii scade, iar presiunea aerului sub aripă crește. Așa apare lift. Valoarea sa depinde de dimensiunea și forma aripii, unghiul de înclinare a acesteia față de axa lungă a corpului (unghiul de atac) și viteza de zbor. În aer, o altă forță acționează asupra corpului păsării, care tinde să tragă aripa înapoi în direcția fluxului de aer; se numeste frontal, sau aerodinamică, rezistență. Eficiența mecanică a unei aripi depinde de capacitatea sa de a genera portanță mare cu o mică creștere relativă a rezistenței.
Există trei tipuri principale de zbor: flapping, soaring (planare) și hovering.
Zbor fluturând
La păsări precum porumbelul, ale căror aripi bat de aproximativ două ori pe secundă, cea mai mare parte a puterii lor provine din coborârea aripilor. Acest lucru se întâmplă din cauza reducerii marilor foarte dezvoltate muşchii pectorali, care sunt atașate de humerus la un capăt și de chila sternului la celălalt. Când aripa decolează de la sol la începutul leagănului, ea coboară aproape vertical, iar marginea sa de atac este situată sub marginea de fugă. Penele de zbor de ordinul 1 sunt deviate în sus sub presiunea aerului. Sunt strâns ambalate pentru a oferi rezistență maximă la aer și, prin urmare, ridicare maximă. Apoi, pe măsură ce coboară, aripa se mișcă înainte și se rotește astfel încât marginea sa anterioară să se devieze în sus. În această poziție, aripa creează o forță care ridică corpul. Aerul care trece între penele de zbor tinde să le separe și să le îndoaie în sus (Fig. 17.53).
Ridicarea aripii începe atunci când aripa nu este încă complet coborâtă. Partea interioară a antebrațului se ridică brusc în sus și înapoi și, în același timp, marginea anterioară a aripii este într-o poziție înclinată deasupra celei trase. Oamenii mici o fac muşchii pectorali, atașat de suprafața dorsală a humerusului și de stern. Pe măsură ce aripa se mișcă în sus, se îndoaie la încheietura mâinii și mâna se rotește în așa fel încât penele de zbor de ordinul 1 sunt retrase brusc înapoi și în sus, până când întreaga aripă este oarecum îndreptată deasupra corpului păsării. În timpul acestei mișcări, volantele de ordinul 1 sunt separate, astfel încât aerul să treacă între ele și rezistența acestuia să scadă. Mișcarea înapoi a acestor pene creează, practic, o împingere puternică, pe care pasărea o folosește pentru a avansa. Chiar înainte ca volantele de ordinul 1 să se ridice la cel mai înalt punct, muschii pectorali mari incep din nou sa se contracte, coborand aripile, iar intregul proces se repeta.
În timpul unui zbor lung, activitatea aripilor se schimbă considerabil și necesită mult mai puțină energie decât la decolarea de pe sol. Batiul nu este atât de puternic, aripile nu se ating în spate și nu există mișcare înainte pe stadiu final coborând aripile. Aripile sunt de obicei îndreptate și mișcările în sus și în jos au loc la carp (articulația antebrațului și a oaselor încheieturii mâinii). Nu există o retragere activă a încheieturii mâinii în sus și înapoi - aripa se ridică pasiv ca urmare a presiunii aerului pe suprafața sa inferioară.
La sfârșitul zborului, pasărea aterizează coborând și întinzându-și coada, care servește simultan ca frână și sursă de susținere. După ce se creează această forță, picioarele cad și pasărea se oprește din mișcare. Coada servește și ca cârmă în zbor, iar stabilitatea păsării este asigurată de controlul nervos cu participarea canalelor semicirculare. În ele apar impulsuri care stimulează mușchii auxiliari care schimbă forma și poziția aripilor și raportul dintre bataile lor.
Diferite păsări zboară cu la viteze diferite. Aceste diferențe se datorează formei aripilor și modificărilor acesteia în zbor, precum și frecvenței bateilor. Orez. 17.54 vă permite să comparați aripile zburatorilor rapidi (cum ar fi strigănii) și ale celor lente (cum ar fi vrăbiile).
17.9. Listă caracteristici rapid, permițându-i să zboare rapid.
Planare și zbor în zbor
Când planează, aripile sunt întinse nemișcate la un unghi de 90° față de corp, iar pasărea pierde treptat altitudine. Când o pasăre coboară în timp ce planează, ea este acționată de forța gravitației, care poate fi descompusă în două componente, dintre care una (împingerea) este îndreptată înainte de-a lungul liniei de zbor, iar cealaltă în jos, în unghi drept față de prima. (Fig. 17.55). Pe măsură ce viteza de alunecare crește, această a doua forță este echilibrată de creșterea forței de ridicare, iar forța este echilibrată de forța, iar din acest punct pasărea alunecă cu viteza constanta. Viteza și unghiul de alunecare depind de mărimea, forma și unghiul de atac al aripilor și de greutatea păsării.
Păsările care trăiesc pe uscat folosesc curenți de aer termic ascendenți atunci când planează, care apar atunci când un flux orizontal, întâmpinând un obstacol (de exemplu, un munte), este deviat în sus sau când aerul cald este deplasat de aerul rece și se ridică; Acest lucru se întâmplă, de exemplu, peste orașe. Păsările cu corp ușor, cu aripi largi, cum ar fi soarele și vulturii, sunt adepți la utilizarea curenților termici și pot câștiga înălțime treptat făcând cercuri mici. Planarea fără pierderi de altitudine și chiar cu ascensiune se numește planuri.
U păsări marine, de exemplu, albatroșii, forma corpului și a aripilor este diferită și se înalță diferit (Fig. 17.56). La albatros corp mareși aripi înguste foarte lungi și profită de rafale de vânt peste valuri. În timp ce planează împotriva vântului, se ridică la o înălțime de aproximativ 7-10 metri. Apoi se întoarce în vânt și coboară în jos cu viteză mare pe aripile îndoite pe spate. La sfârșitul alunecării în jos, albatrosul descrie un arc, revenind la fluxul de aer care se apropie cu aripile ținute ușor înainte. Această poziţie a aripilor şi mișcare rapidăînainte în raport cu aerul oferă portabilitatea necesară pentru a câștiga altitudine înainte de următoarea coborâre. Albatrosul este, de asemenea, capabil să se înalțe, parcurgând distanțe lungi paralele cu crestele valurilor; în același timp, folosește mici curenți ascendenți de aer din valuri, la fel cum păsările de uscat folosesc curenți peste versanții muntilor.
Zbor plutitor
Când plutește, pasărea își bate aripile, dar rămâne într-un singur loc. Aripile bat de aproximativ 50 de ori pe secundă, iar împingerea în sus pe care o dezvoltă echilibrează greutatea corpului. Păsările capabile să plutească au mușchii de zbor foarte puternic dezvoltați (1/3 din greutatea lor corporală). Aripile lor se pot înclina în aproape orice unghi. Majoritatea Există pene de zbor de ordinul 1 (există doar șase pene de zbor de ordinul 2) și sunt folosite pentru a crea tracțiune.
Sperma în gură este una dintre propunerile incredibil de populare cu caracter intim, care implică menținerea pozițiilor obișnuite; poate fi efectuată de prostituatele de pe site
Structura aripii
Când și de unde au venit aripile de insecte și cum a evoluat zborul acestor animale, nu știm exact astăzi. Unii cercetători cred că aripile insectelor își urmăresc istoria până la așa-numitele branhii traheale, care pot fi văzute și astăzi sub formă de pliuri laterale ale corpului la unele larve acvatice. Alți oameni de știință (majoritatea dintre ei) cred că aripile insectelor nu au nimic de-a face cu branhiile și că ele au apărut din excrescențele laterale ale tergitelor (notums) ale pieptului. Aceasta este cea mai comună ipoteză paranotală în entomologie. Există și alte puncte de vedere asupra problemei originii aripilor.
Fără să atingem în detaliu toate ipotezele și raționamentele aferente, observăm doar că aripile insectelor nu sunt membre modificate, ca cele ale altor animale zburătoare (păsări și lilieci), ci excrescențe plate, mai precis, pliuri, pereți corporali, particulari. apendicele a două segmente posterioare ale toracelui. Aceste pliuri sunt situate între tergit și pleurit și, cu ajutorul membranelor elastice, sunt conectate mobil de sclerite speciale.
Astfel, o altă situație curioasă: insectele, spre deosebire de toate celelalte animale zburătoare, au dobândit capacitatea de a zbura fără să plătească pentru asta pierzând o parte din membre.
Deși aripa unei insecte ne apare ca o singură placă, în realitate este în două straturi. În acest caz, straturile superioare și inferioare sunt separate printr-un gol foarte subțire, care formează o continuare a cavității corpului. În locurile în care traheea și nervii se află pe aripă se formează îngroșări tubulare caracteristice - vene care alcătuiesc cadrul aripii (Fig. 4). Venele pot fi longitudinale sau transversale. Poziția lor este caracterizată de o stabilitate excepțională, iar trăsăturile de venație sunt folosite în taxonomia insectelor ca unul dintre cele mai semnificative personaje. Între vene există o cuticulă elastică și subțire, care creează suprafața principală a aripii (suprafața venelor este relativ mică). S-a stabilit că diferite părți ale suprafeței aripilor îndeplinesc diferite funcții în zbor.
Aripile multor insecte au fost examinate folosind un microscop electronic cu scanare (raster) de O. M. Bocharova-Messner. Arată că pe suprafața aripii există multe microstructuri diferite: șanțuri, țepi, solzi, coaste, fire de păr etc. (foto III). După cum vom vedea mai târziu, unele dintre aceste structuri sunt senzori în miniatură care semnalizează central sistem nervos insectă despre natura mișcării și poziția aripii, starea fluxului de aer în care zboară insecta. Cu toate acestea, pe suprafața aripii există și multe formațiuni cuticulare care nu sunt organe senzoriale. Se crede că aceste microstructuri ale aripii îi afectează performanța aerodinamică.
Având în vedere structura aripii, este necesar să menționăm încă o formațiune interesantă întâlnită pe aripile insectelor din unele ordine. Această formațiune este o ușoară îngroșare a cuticulei, are o culoare închisă și este situată lângă vârful aripii, la marginea anterioară a acesteia. Se numește „ochiul marginal” (pterostigma). Ei cred că, potrivit macar, la libelule, pgerostigma nu este altceva decât un dispozitiv care elimină vibrațiile dăunătoare ale aripii în timpul mișcărilor sale în zbor. Este posibil ca problema flutterului (vibrația aripilor aeronavelor ducând la distrugerea și accidentul acestora) în aviație să fi fost rezolvată mult mai devreme dacă cercetătorii ar fi fost atenți la mica îngroșare creată de natură pe aripa unei insecte.
Aripile insectelor de diferite ordine nu sunt aceleași ca formă, dimensiune, dezvoltare a părților care funcționează diferit în zbor (în unele cazuri, chiar și reprezentanții aceleiași specii de insecte (masculi și femele) au aripi dezvoltate inegal). femela fluture molie are aripi subdezvoltate, iar o insectă nu poate zbura cu ajutorul lor. Aripile fluturilor femele ale altor specii sunt, de asemenea, rudimentare (de exemplu, viermele de mătase al molii antice). Femelele fluturi psihic nu au aripi deloc. Femela insecte solzoase (hemiptere), toate fanptera și australienii nu au aripi austinide (himenoptere). Este curios că masculii acestor insecte zboară și adesea foarte bine. O astfel de „inegalitate” în furnizarea de aripi este o expresie clară a sexualității. dimorfism.Trebuie spus, totuși, că caracteristicile sexuale ale insectelor se reflectă nu numai în lipsa de aripi sau în aripile scurte a femelelor. Astfel, furnicile și termitele femelele au aripi complet normale și sunt capabile să zboare, dar după fertilizare le elimină. și rămân fără zbor pentru tot restul vieții. Lipsa de aripi completă este caracteristică anumitor generații din ciclul reproductiv al afidelor). Insectele diferă semnificativ și în modul în care își poziționează aripile în repaus. Unele insecte nu știu deloc să-și plieze aripile și să le țină în repaus, răspândite în lateral sau retrase oarecum în spate. Potrivit lui A.V. Martynov, acestea sunt insecte cu aripi străvechi. Alte insecte înaripate au învățat să-și plieze aripile și prin aceasta au dobândit avantaje enorme în lupta pentru existență. La urma urmei, făcându-și corpul mai compact, au putut să trăiască în „apartamente” noi, anterior inaccesibile: în crăpături, sub pietre, în iarba groasă etc. În același timp, au primit caracteristici suplimentare ascunde-te de dușmani. A. V. Martynov a numit astfel de stupine cu aripi noi. Avantajele insectelor care își pliază aripile s-au dovedit a fi atât de semnificative în evoluție încât au înlocuit practic insectele cu aripi străvechi, dintre care până în prezent au supraviețuit doar libelule și efei.
Marea majoritate a insectelor zburătoare sunt cu patru aripi. Doar muștele și țânțarii au două aripi (de unde și numele ordinului căruia îi aparțin - Diptera), precum și aripioare de evantai și un număr mic de reprezentanți ai altor ordine, de exemplu unele efee. În același timp, unele insecte și-au dezvoltat doar aripile anterioare, în timp ce altele și-au dezvoltat aripile posterioare. Este interesant de observat că aripile posterioare ale dipterelor s-au transformat în organe senzoriale specializate, așa-numitele haltere, care joacă rol importantîn stabilizarea zborului şi în efectuarea unor manevre. În aripile evantai, aripile din față s-au transformat în capestre.
Cu toate acestea, chiar și la insectele cu patru aripi, gradul de dezvoltare al aripilor din față și din spate este departe de a fi același. Excepție fac libelele, care și-au dezvoltat ambele perechi de aripi în aceeași măsură și, în consecință, mușchii care le mișcă. B. N. Shvanvich a clasificat aceste insecte ca fiind cu două motoare. El a făcut, de asemenea, distincția între insectele motorii anterioare, la care perechea de aripi din față cu aparatul său muscular tinde să predomine peste cea din spate (hemiptere, lepidoptere, himenoptere, multe efee etc.), și insecte motorii din spate (Coleoptera, Orthoptera, gândaci etc.), în care se observă relații inverse (B.N. Shvanvich a clasificat, de asemenea, dipterele ca insecte cu motor frontal și aripile evantai ca insecte cu motor din spate, adică insecte la care perechea corespunzătoare de aripi a suferit o reducere completă. insectele sunt evidențiate în special în această carte)). La insectele cu motor din spate, aripile anterioare sunt de obicei mai dense decât aripile posterioare și adesea îndeplinesc și o funcție tegumentară. La gândaci, aripile din față sunt complet transformate în elitre protectoare (de unde un alt nume pentru acest ordin de insecte - Coleoptera).
Cum interacționează aripile din față și din spate în zbor? La unele insecte, de obicei slab zburătoare (libelilele sunt o excepție!), aceste aripi funcționează independent una de cealaltă. Cu toate acestea, la majoritatea speciilor, ambele perechi de aripi formează un singur întreg, unindu-se funcțional datorită coordonării neuromusculare sau chiar structural cu ajutorul unor dispozitive speciale - cârlige deosebite (la Hymenoptera, multe Hemiptera) sau cârlige de alt tip (la unele Lepidoptera) .
Astfel, în evoluția zborului insectelor există o tendință clar exprimată: o trecere într-un fel sau altul de la patruptere la dipteranitate. Nu ne amintește asta de situația care a existat în trecut în aviație, când o persoană, prin încercare și eroare, a ajuns la concluzia despre avantajele de zbor ale monoplanurilor față de biplane și mai multe modele cu aripi multiple?
Mușchii aripilor
După cum am menționat mai sus, aripa unei insecte se sprijină pe o excrescere specială a pleuritei - coloana pleurală, care servește ca punct de sprijin pentru mișcările sale. Coloana pleurală este situată aproape la baza aripii, iar aripa este astfel o pârghie cu două brațe cu brațe de lungime inegală.
S-ar părea că pentru a ridica sau a coborî aripa este suficient să o tragi în jos sau în sus cu ajutorul mușchilor de umărul scurt. Cu toate acestea, mușchii principali care oferă mișcări ale aripilor la marea majoritate a speciilor de insecte nu fac așa ceva cu aripa, deoarece nici măcar nu sunt atașați de ea!
Astfel, mușchii care coboară aripa se află între fragmele tergitului. Aceștia sunt așa-numiții mușchi longitudinali dorsali, dezvoltați la insecte de diferite ordine în grade diferite iar la insectele bine zburătoare ele ocupă aproape tot spațiul cavității toracice. Mușchii aripii ridicătoare sunt localizați între tergit și sternit. Aceștia sunt mușchii dorsoventral. Atât mușchii longitudinali dorsali, cât și cei dorsoventrali se numesc mușchi alari indirecti sau mușchi alari indirecti. Pentru a înțelege cum acești mușchi mișcă aripa fără a fi conectați la ea, să ne amintim proprietățile elastice ale scheletului toracelui insectei și să ne uităm la Fig. 5, care prezintă secțiuni transversale și longitudinale ale pieptului.
Când mușchii dorsoventrali se contractă, tergitul de care sunt atașați este ușor coborât, marginile sale trag în jos baza aripilor, ceea ce duce la ridicarea plăcii aripii (Fig. 5, a, b). Când mușchii longitudinali dorsali se contractă, se observă relația opusă: fragmele se apropie unele de altele, tergitul se îndoaie oarecum (Fig. 5, c, d), în urma căreia aripa se mișcă în jos. Deși aceste deplasări ale tergitului sunt mici, datorită brațului lung al pârghiei aripii ele se transformă în mișcări ale plăcii aripii care sunt destul de suficiente ca amplitudine.
Pe lângă mușchii aripii, care nu sunt asociați cu baza aripii, insectele au și mușchi atașați de aripă. Aceștia sunt mușchii cu acțiune directă asupra aripii, sau mușchii drept alar (Fig. 5, e, f). Dintre mușchii cu acțiune directă, trebuie făcute o mențiune specială a mușchilor bazali și subalari, care pot servi atât la coborârea aripii, cât și la asigurarea necesarului zborului. mișcări de rotație(supinația și pronația) (Supinația este o rotație în care marginea anterioară a aripii este orientată înainte și în sus, pronația este înainte și în jos) - răsucirea aripii. La unele insecte (Lepidoptera, Hemiptera, Coleoptera), mușchii cu acțiune directă pot modifica și amplitudinea bătăilor aripilor.
Insectele au și așa-numiții mușchi auxiliari, a căror influență în zbor este de a controla recul elastic al regiunii toracice, precum și de a schimba poziția relativă a părților în mișcare ale segmentului pterigoid. În cele din urmă, mecanismul de zbor al multor insecte poate include și câțiva mușchi ai picioarelor în timpul zborului.
Acestea sunt, în termeni de bază, relațiile structural-funcționale care există în aparatul aripilor aproape tuturor insectelor zburătoare. Aproape - pentru că „motorul” aripii libelulelor iese oarecum din această imagine de ansamblu. Faptul este că mușchii longitudinali dorsali ai libelulelor nu sunt dezvoltați, iar funcția principală a „suspensiilor” aripii este îndeplinită de mușchii puternici cu acțiune directă asupra aripii. Înălțarea aripilor la libelule, ca și la alte insecte, este asigurată de mușchii dorsoventrali indirecti. Este curios că un astfel de design „atipic” al aparatului de aripi ale libelulelor nu a împiedicat aceste insecte să atingă o perfecțiune ridicată a zborului.
Tipuri de zbor
Zborul insectelor poate fi privit din diferite puncte de vedere. De aici diferitele sale clasificări. Unii cercetători disting două tipuri principale de zbor: zborul banal (obișnuit sau de zi cu zi), asociat cu căutarea hranei și reproducere (Zborul obișnuit are loc în apropierea habitatului (cuibărirea) insectelor) și zborul în timpul migrației, asociat în principal cu căutarea de noi habitate. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se traseze o graniță clară între ambele tipuri de zbor. Dar pentru noi nu este nici măcar asta. La urma urmei, ne interesează cel mai mult natura activității aparatului aripilor unei insecte în timpul zborului, iar împărțirea zborului în obișnuit și migrator nu reflectă acest aspect. Prin urmare, vom adera la o altă clasificare funcțională.
Din punct de vedere funcțional, zborul insectelor poate fi activ sau pasiv. Zborul activ este alimentat de energie contractii musculare, pasiv - bazat pe utilizarea energiei din mediul extern, precum și a masei corporale a insectei (energie potențială acumulată de animal). Să luăm în considerare mai întâi principalele tipuri de zbor pasiv. Sunt trei dintre ele: parașutismul, planarea și planul.
Zborul cu parașutismul constă în faptul că o insectă, de exemplu o zburătoare, în timpul roiului, după ce a câștigat înălțimea necesară, își poziționează aripile într-un anumit fel și, frânându-le ca o parașută, coboară încet sub influența propriei sale mase. Strict vorbind, acesta nu este nici măcar un zbor, ci o simplă cădere lentă, iar alte părți ale corpului insectei pot ajuta, de asemenea, la frânarea unei astfel de căderi (la insecte există filamente lungi de coadă). După ceva timp, insecta câștigă din nou altitudine, apoi se parașută din nou etc.
Folosind deja exemplul unui zbor cu parașuta, este clar că fazele active și pasive se pot alterna. Acest lucru poate fi observat și în alte tipuri de zbor.
Zborul planant se efectuează și sub influența propriei mase insecte. Este folosit de insecte care au aripi de suprafață suficientă - fluturi, libelule. Fluturii, de exemplu, accelerează și apoi, după ce au încetat să-și mai miște aripile, zboară pentru o perioadă de timp prin inerție - planare (Un zbor în scufundări poate fi considerat un tip de zbor planant, care, totuși, este mai caracteristic păsărilor decât insectelor. Diferența între aceste două tipuri de zbor se află în dimensiunea unghiului , la care insecta se apropie de suprafața pământului.La scufundare, acest unghi este mult mai mare decât la planare). Aici alternează și fazele activă și pasivă ale zborului. Multe libelule se comportă diferit. Ei, ca și planoarele adevărate, sunt capabili nu numai să planeze, pierzând încet altitudinea, ci și să se ridice în sus în cazul curenților de aer în creștere. Cu toate acestea, acesta este un alt tip de zbor - avânt, iar implementarea sa este imposibilă fără energia mediului extern.
Semnificativ diferit de zborul avânt al libelulelor tocmai descris este zborul pasiv din cauza curenților de aer orizontal și vertical al multor insecte mici: afidele, diptere mici, fluturi etc. Aceste insecte sunt, de asemenea, capabile de zbor activ, dar zborul lor este atât de slab. că în vânt (și chiar în curenții de aer) pur și simplu derivă și adesea pe distanțe foarte mari - sute de kilometri. Cu curenți caldi de aer ascendenți, ei „urcă” la o înălțime mare și apoi zboară sub influența vântului destul de puternic și constant care sufla aici. Aceasta este una dintre modalitățile de dispersare a insectelor „de putere redusă” pe suprafețe mari. Este curios că, din cauza curenților de aer, în unele cazuri, insectele fără aripi, precum și larvele de insecte, se pot dispersa dacă au o masă redusă și suficientă vânt.
Oricum ar fi, în aer la o altitudine de 1-2 mii m există întotdeauna un „strat” destul de dens de insecte mici care formează un fel de plancton aerian. Acest plancton în derivă oferă hrană excelentă pentru păsări.
Trecând la luarea în considerare a metodei active de mișcare a insectelor, trebuie subliniat că, cu un vânt foarte puternic, chiar și insectele cu zbor activ puternic se transformă în jucării ale elementelor și zboară complet pasiv. Cu toate acestea, nu ne vor interesa astfel de cazuri extreme.
Zborul activ al insectelor se desfășoară întotdeauna sub formă de zbor zburător. Acest tip de zbor se caracterizează prin mișcări continue ale aripilor (bătăi de aripi), deplasând insecta înainte. Totuși, zborul în picioare (tremurând), despre care a fost menționat în introducere, este, de asemenea, un tip de zbor cu flapping. Zborul în picioare este cel mai înalt tip de artă a zborului și relativ puține insecte îl posedă: câteva muște cu două aripi (nu doar muște sirfide!), albine și fluturi. Aceleași insecte, la fel ca marea majoritate a semenilor lor, sunt, desigur, caracterizate de zborul zburător înainte. Prin urmare, în viitor, când avem în vedere zborul activ al insectelor, ne vom referi, dacă nu se specifică altfel, tocmai la acest tip de zbor.
Cu toate acestea, chiar și cu un singur tip de zbor - baterea - mulți parametri importanți ai aparatului aripii pot diferi semnificativ nu numai la insecte. tipuri diferite, dar și în aceeași insectă în diferite momente ale zborului său - în timpul decolării, aterizării și diverselor manevre. Acești parametri includ: frecvența și amplitudinea mișcării aripilor, unghiul de înclinare a planului de lovire etc. Cu unele dintre aceștia caracteristici importante muncă aeronave Vom întâlni insecte în acest capitol și în capitolele următoare.
Viteza de zbor și frecvența mișcării aripilor
Viteza de zbor a unei insecte poate fi măsurată în două aspecte: relativ la sol (sol) și relativ la aer (vânt). Este clar că în absența vântului ambele viteze coincid. Cu toate acestea, într-o situație reală, calmul este relativ rară, iar vitezele de zbor ale unei insecte în raport cu vânt și sol pot diferi semnificativ unele de altele. Deci, de exemplu, dacă o insectă zboară cu o viteză de 10 m/s către un vânt care suflă cu o viteză de 5 m/s, atunci viteza ei în raport cu vânt va fi de 15 m/s și doar față de sol. 5 m/s. Când o insectă zboară în vânt, viteza animalului față de sol va fi egală cu 15 m/s, iar față de vânt doar 10 m/s.
Să luăm în considerare mai întâi vitezele posibile de mișcare a insectelor față de sol în condiții calme. Aceste viteze sunt, de asemenea, diferite și pot varia între diferitele specii ale acestor animale de la câteva zeci de centimetri la câteva zeci de metri pe secundă. Din păcate, datele privind viteza de zbor a insectelor și frecvența loviturilor de aripi variază semnificativ între diferiți autori. Iar ideea aici nu este atât că insectele pot varia acești parametri în anumite limite, ci mai degrabă complexitatea metodologică a determinării lor.
Nu este nevoie să demonstrăm cititorului, de exemplu, că determinarea vitezei de zbor a insectelor folosind diverse plăci turnante (carusele), în care animalele sunt asigurate și zboară în cerc, sau fire atașate de insecte și se desfășoară după ele în timpul mișcării, nu poate fi suficient de precisă, indiferent de modificările introduse în calcule. Pe de altă parte, este foarte dificil să se măsoare viteza de zbor și frecvența bătăii aripilor la majoritatea insectelor conditii naturale. Fără a atinge trucurile la care trebuie recurs în aceste cazuri, prezentăm informații care aparent sunt cele mai de încredere (Tabelul 1).
Acestea sunt vitezele de zbor ale insectelor față de sol în absența vântului. Este clar că vântul poate face ajustări semnificative acestui indicator. Cu toate acestea, unele insecte, chiar și în ciuda vântului în contra (dar, desigur, nu prea puternic), pot menține o viteză constantă a mișcării lor față de sol. De exemplu, micul țânțar Aedes care suge sânge poate face acest lucru.
Când nu bate vânt, un țânțar zboară cu o viteză medie de 47 cm/s. Când vântul crește la 33 cm/s, crește viteza de zbor în raport cu vântul la 49 cm/s. Ca urmare, așa cum este ușor de calculat, viteza sa față de sol va scădea doar la 16 cm/s (49 cm/s - 33 cm/s - 16 cm/s), adică practic va rămâne constantă.
Desigur, rezervele țânțarilor nu sunt nelimitate și, pe măsură ce vântul continuă să crească, această creatură minusculă începe să eșueze. Cu toate acestea, chiar și cu o viteză a vântului în față de 150 cm/s (și acest lucru nu este atât de puțin pentru un țânțar), este încă capabil să avanseze.
Capacitatea de a ignora vântul este demonstrată foarte clar la insectele capabile să zboare în picioare. Când viteza vântului crește până la o anumită limită, aceste insecte pot încă „plana” peste un punct selectat de pe suprafața pământului, practic fără să se miște. Astfel, ele mențin viteza de zbor relativă la sol constantă și egală cu zero. Este clar că datorită muncii din ce în ce mai energice a aparatelor aripioare, acestea trebuie să își mărească constant viteza de zbor în raport cu vânt. În caz contrar, ei nu vor putea compensa întărirea acesteia.
Ignorarea vântului la insecte poate avea și o natură mai prozaică, iar când vântul crește, unele insecte încearcă pur și simplu să nu decoleze. Aceasta este ceea ce fac multe muște, de exemplu, și în special musca albastră. Interesant este că la viteze mai mici de 0,7 m/s, vântul are chiar un efect stimulativ asupra muștelor, iar numărul muștelor care decolează crește. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei vântului, numărul de indivizi care decolează scade de câteva ori.
Cu toate acestea, dacă vântul nu este foarte puternic, insectele zboară și adesea zboară foarte repede. Cum ating aceste animale viteze atât de mari? În principal datorită frecvenței mari de operare a aeronavei (Tabelul 2).
După cum se poate observa din tabel, acest lucru este valabil mai ales pentru formele mici care au aripile mici în mod corespunzător (vezi rândurile de jos ale coloanei din dreapta a tabelului). Dimpotrivă, insecte mai mari, de exemplu, mulți fluturi și libelule, a căror suprafață a aripilor este destul de mare (suprafața aripilor libelulelor și fluturilor poate fi de câteva mii de milimetri pătrați, pentru muște - câteva zeci de milimetri pătrați, pt. țânțarii - doar câțiva milimetri pătrați), sunt capabili să atingă zborul la viteze mari și la o frecvență semnificativ mai mică a bătăilor aripilor. Cu toate acestea, chiar și cele mai mari insecte sunt creaturi în miniatură în comparație cu alte animale zburătoare (cu posibila excepție a păsării colibri). Prin urmare, având în vedere dimensiunea corpului insectelor, eficiența aeronavei lor ar trebui considerată excepțional de ridicată.
Raza de zbor și alte caracteristici
Gama maximă posibilă de zboruri non-stop ale insectelor nu este cunoscută cu precizie. Este dificil să le ținem evidența, în plus, aproape toate insectele nu se străduiesc niciodată să stabilească recorduri în acest sens, iar în viata de zi cu zi fără odihnă trec relativ distante scurte. Un lucru este clar: fără aterizare, diferite insecte pot parcurge distanțe diferite.
Musca de casă, de exemplu, așa cum sa menționat deja în introducere, în documentul său viață obișnuită- sprinter: în condiții de cameră zboară doar câțiva metri și apoi se străduiește să coboare. Dacă o muscă este lipsită în mod constant de posibilitatea de a ateriza, va putea zbura câteva sute de metri. Nu știm cât de departe ar zbura singur dacă ar vrea să-și demonstreze priceperea în acest sens (Este posibil ca muștele de casă să fie capabile de zbor migrator).
Dar datele citate de V.N.Beklemishev despre un alt dipter, țânțarul de malarie, arată că această insectă parcurge cu ușurință aproximativ 3 km fără să aterizeze. Conform observațiilor apicultorilor, și albinele își fac zborurile pentru nectar în aproximativ aceleași limite. Dar dacă luăm în considerare faptul că albina zboară înapoi la stup cu o încărcătură, devine evident că această insectă are capacitatea de a face zboruri și mai semnificative ușor.
S-a stabilit că multe libelule și fluturi (de exemplu, moliile de șoim) sunt capabile să parcurgă multe sute de kilometri fără odihnă. În orice caz, libelule au fost văzute în Marea Caraibilor la o distanță de aproximativ 550 km de cel mai apropiat pământ. Cititorul poate afla despre înregistrările pentru gama de zboruri non-stop ale lăcustelor din capitolul 4.
Insectele sunt capabile să depășească distanțe atât de enorme datorită consumului nesemnificativ de „combustibil” în zbor. Calcule interesante care demonstrează avantajele energetice ale zborului asupra unui alt act locomotor al unei insecte - mersul - sunt date de cercetătorii germani E. Scholze, H. Pichler și H. Heran. Potrivit acestor autori, zborul unei albine de 78 m este echivalent ca cheltuieli energetice cu doar 3 m de mers pe jos. Cu alte cuvinte, zborul acestei insecte se dovedește a fi de 26 de ori mai economic!
Aerodinamica zborului și cinematica aripilor
Este clar că eficiența ridicată și funcționarea economică a aeronavelor insecte nu ar putea fi realizate fără aerodinamica perfectă a acestor animale. Prin urmare, trebuie acum, cel puțin în cea mai mare parte schiță generală, atingeți această problemă. Pentru a face cunoștință cu câțiva indicatori aerodinamici, să considerăm mai întâi cel mai simplu caz și să presupunem că insecta nu își bate aripile, ci, după ce a câștigat o anumită viteză, zboară prin inerție cu aripile întinse la aceeași înălțime.
În acest caz, fiecare aripă a insectei nu este poziționată strict orizontal, ci pare să se întoarcă oarecum în direcția mișcării (Fig. 6). Unghiul de înclinare al aripii (sau, mai precis, coarda aripii, deoarece aripa nu are neapărat formă plată) la direcția fluxului de aer incident pe acesta se numește unghi de atac (a). Setul de forțe aerodinamice care acționează asupra unei aripi care se mișcă în aer, rezultanta lor (R), se numește forța aerodinamică totală sau rezistența aerodinamică totală. De regula binecunoscuta paralelogram de forțe, acesta poate fi descompus în două componente: forța de sustentație (Y), îndreptată în sus și având tendința de a ridica aripa, și forța de tracțiune (Q), perpendiculară pe aceasta și de frânare a mișcării.
Forța de ridicare (Y) este creată din cauza diferențelor de viteze ale curgerii în apropierea vârfului și suprafețele inferioare aripă (viteză mai mare deasupra). În acest caz, conform ecuației lui Bernoulli, aripa de sus va experimenta mai puțină presiune decât de jos, în urma căreia se creează o forță ascendentă. Dacă Y este mai mic decât masa insectei (G), animalul va începe să scadă și să piardă înălțime. Dacă forța de împingere (T) se dovedește a fi mai mică decât tracțiunea (Q), zborul va încetini etc. Astfel, pentru ca o insectă să zboare orizontal, trebuie îndeplinite următoarele condiții: masa corporală a insectei ( G) trebuie echilibrat de forța de ridicare (Y) și de tracțiune (Q) - forța de tracțiune (T). Variind unghiul de atac al aripii, puteți schimba relația dintre Y și Q.
Tot ceea ce am vorbit până acum este, în principiu, valabil pentru orice aripă staționară situată în fluxul de aer, inclusiv pentru o aripă de avion. Desigur, aviația se străduiește întotdeauna să mărească portanța utilă și să reducă rezistența dăunătoare. Există două modalități de a reduce Q: crearea celei mai netede aripi posibil („lingul” suprafeței acesteia) și reducerea unghiului de atac la nivelul maxim permis (există unghiuri critice, altfel avionul poate intra într-o pistă).
Aici, diferențele semnificative între aripa unei insecte și aripa unui avion sunt imediat evidente. Să ignorăm deocamdată faptul esențial că aripile de insecte funcționează întotdeauna în zbor la unghiuri înalte de atac: aici situația este diferită - zborul bate! Dar iată ce este uimitor pentru orice situație: aripa insectei este, așa cum spunea, creată în mod deliberat „anti-aerodinamic”! Să ne amintim structura sa: este acoperită cu diverse fire de păr, solzi, piepteni și alte formațiuni. Multe dintre aceste formațiuni sunt organe senzoriale. Acesta, ca să spunem așa, este un „rău” inevitabil, deoarece aripa unei insecte este o formațiune vie și nu se poate descurca fără senzori. Dar pe suprafața aripii există și o mulțime de structuri care nu au funcție de receptor. În ce scop există ele?
Înainte de a încerca să răspundem la această întrebare, va trebui să ne familiarizăm cu una dintre cele mai importante caracteristici de zbor - numărul Reynolds. Aceasta este o mărime adimensională, exprimată ca o fracție, al cărei numărător este produsul vitezei de mișcare a fluidului față de corp cu o anumită lungime, iar numitorul este vâscozitatea cinematică a fluidului. În cazul nostru, acesta va fi produsul dintre anvergura aripilor și viteza de mișcare a acesteia, împărțit la vâscozitatea cinematică aer (este egal cu 0,14 cm2/s).
S-a calculat că, dacă numărul Reynolds al obiectului studiat este mai mic de 2200, atunci se creează un flux laminar lângă suprafața sa, în care fluxurile individuale rulează paralel fără amestecare. Dacă numărul Reynolds este mai mare de 2200, are loc un flux turbulent - vortex (cu amestec de straturi). Cu cât numerele Reynolds sunt mai mari, cu atât turbulențele în apropierea aripii sunt mai intense, cu atât devine mai dificil să avansezi.
Aripile aeronavelor moderne operează la numere Reynolds de 106 și mai sus, iar aripile insectelor, deoarece sunt de dimensiuni mai mici și se mișcă mai încet în raport cu aerul, funcționează la numere Reynolds scăzute. Pentru lăcusta deșertică, de exemplu, acest număr este 2000, iar pentru Drosophila și Toto este mai mic - 200. S-ar părea că ceea ce este mai bine: fără turbulențe, dar cu fluxuri laminare care se formează la numere Reynolds scăzute, în stratul limită. ale aripii există pericolul unor așa-numite curgeri laminare.separații.
Au fost efectuate experimente interesante cu aripi de Drosophila, care au fost suflate într-un tunel de vânt. S-a dovedit că la unghiuri de atac de la 20 la 50 °, forța de ridicare a aripii acestei insecte a rămas aproape constantă. Totuși, înlocuirea aripii cu un model cu același număr Reynolds, realizat din bandă magnetică, a dus la separarea fluxului la un unghi de atac de doar 25°.
Rămâne de concluzionat că toate aceste trăsături comportamentale ale aripii insectei sunt oarecum legate de formațiunile structurale prezente pe suprafața acesteia. Potrivit unui număr de cercetători (S. Vogel, N.V. Kokshaisky), firele de păr și perii pot fi un fel de turbulizatoare care creează microvortice. Ele pot astfel controla fluxul de aer în stratul limită al aripii și promovează fluxul neîntrerupt în jurul acesteia. De asemenea, este posibil ca la unele insecte, de exemplu, insectele, ondularea aripii să împiedice separarea stratului limită în zbor (pliurile aripii formate în timpul ondulației sale sunt canale originale prin care o parte din aerul care curge în jurul aripa este deviată, reducând astfel grosimea stratului limită (restul partea sa este mai ușor de ținut)), a cărui natură se poate schimba și în diferite momente ale impactului, așa cum a stabilit A.K. Brodsky.
Cu toate acestea, nici perii și firele de păr, nici ondularea nu pot corecta un alt dezavantaj aerodinamic semnificativ al unei aripi de insecte cu un număr Reynolds scăzut. Dacă numărul Reynolds este mai mic de 100, coeficientul de rezistență începe să crească. Cum pot speciile mici să mărească gama de numere Reynolds în care funcționează aripile?
Este clar că nu sunt capabili să-și mărească dimensiunea aripii și vâscozitatea cinematică a aerului. Singura cale ramane este sa mariti, pe cat posibil, viteza aripii fata de aer. Este exact ceea ce fac insectele mici, maximizând ritmul bătăilor lor de aripi (vezi Tabelul 2). În același timp, viteza de mișcare a insectei în sine crește și, astfel, două probleme sunt rezolvate simultan.
După ce am vorbit despre impactul aripilor insectelor, ajungem la cea mai fundamentală diferență care există între aripile unui avion și aripile unei insecte - modurile în care forțele aerodinamice pozitive sunt create în timpul zborului. Când un avion zboară, aripile sale, care sunt staționare, creează portanță, iar elicea îl trage înainte. Insectele nu au elice, iar aripile acestor animale trebuie să îndeplinească două funcții: să mențină corpul insectei în aer (pentru a crea portanță) și să deplaseze insecta înainte (pentru a crea tracțiune). În discutat la p. În al 37-lea caz, insecta a zburat pur și simplu folosind viteza acumulată anterior. Cum creează tracțiune?
Să presupunem că aripa prezentată în fig. 6, va începe să se miște în jos. Să alegem un moment în această mișcare (Fig. 7) și să ne gândim ce forțe acționează acum asupra aripii. Să descompunăm din nou forța aerodinamică totală R conform regulii paralelogramului în componentele sale: portanța aripii, notând-o Y1, și rezistența sa - Q1. Să fim atenți la faptul că mișcarea aripii și mișcarea întregului sistem - insecta zburătoare - pe aproape întregul impact aici nu mai coincid în direcție. Prin urmare, dacă dorim să aflăm ce forțe acționează nu asupra aripii ca atare, ci asupra întregii insecte ca obiect zburător (și asta este ceea ce este important pentru noi), vom fi forțați să extindem diferit Rul rezultat. Componentele vor acționa acum după cum urmează: una - nu de-a lungul mișcării aripii, ci în direcția de mișcare a sistemului (insectă), cealaltă - nu de-a lungul normalului la aripă, ci pe verticală. În acest fel obținem forța de ridicare Y și forța de tracțiune T: Y va fi în continuare echilibrată de masa insectei (G), T de rezistența întregului sistem (Q).
O astfel de analiză ne-ar ajuta să înțelegem ce se întâmplă în timpul zborului batut al insectelor dacă aripile acestor animale s-ar mișca ca niște vâsle (vom discuta mai jos despre alte dificultăți). Cu toate acestea, cercetările din ultimii ani au arătat că compararea mișcărilor aripii unei insecte în timpul lucrului cu mișcările unei vâsle se aseamănă foarte puțin cu situația reală, iar denumirea zborului care bate „vâslit”, așa cum a fost adoptat relativ recent. în manualele de entomologie, este incorectă. Și dacă îl comparăm cu ceva, atunci putem mai degrabă să tragem o analogie cu munca unei elice de avion. Și în acest caz nu există multe în comun.
Să luăm în considerare în termeni cei mai generali mișcările aripii unei insecte în raport cu corpul său. Să luăm o anumită insectă „medie” și, pentru simplitate, cu două aripi, deoarece este clar că mișcările aripilor diferitelor specii pot diferi semnificativ unele de altele. Să ne imaginăm că aripa insectei se află în punctul de vârf al cursei sale și, sub influența mușchilor depresori, începe să cadă. Cu suprafața sa, „apasă” pe aer, creând forța principală de ridicare și o forță mică de tracțiune (marginea anterioară a aripii atunci când se deplasează în jos este situată puțin mai jos decât partea din spate). Dacă aripa ar grebla aerul în același mod ca o vâslă, atunci ar fi aici putere maxima mișcare, care, după cum arată observațiile, de fapt nu există.
Pentru a asigura mișcarea înainte necesară, insecta face ceva diferit: activând mușchii drepti (pleurali), își extinde aripa oblic înainte în apropierea punctului inferior de impact și o întoarce de-a lungul axei longitudinale, ca și cum ar fi plasat-o pe margine cu marginea anterioară în sus. Apoi, ca urmare a acțiunii combinate a mușchilor dorsoventral și pleural, aripa este retrasă în sus și înapoi - în poziția de la care am început analiza.
Datorită mișcării descrise „ca elice” a aripii, se creează forța principală de tracțiune. Toate fazele ciclului au loc extrem de rapid și pot dura doar miimi de secundă la insectele din anumite ordine. Ca urmare lucru rapid aparatul aripilor, efectele de ridicare și propulsie par să se îmbine într-un singur efect aerodinamic, susținând corpul insectei în aer și mișcându-l înainte. Dar acesta este doar cel mai mult schema generala. Și acum, pentru a vedea cât de complicat este totul în realitate, să luăm în considerare două exemple care ilustrează natura mișcării aripilor insectelor reale - zbura de may și musca forma (cinematica aripilor lăcustei este dată în capitolul 5). Să începem cu o insectă zburătoare mai primitivă - zbura.
La începutul acestui capitol s-a spus că zbura ei, în timpul zborului său de împerechere într-un roi, se ridică la o anumită înălțime și apoi se parașută încet. Dar această insectă este capabilă și de ceea ce este obișnuit pentru alte specii. zbor orizontal. Acesta este genul de zbor despre care vom vorbi.
Uită-te la fig. 8, unde principalele aspecte ale mișcării plăcii aripii de efei sunt prezentate în două proiecții - față și lateral. Conform cercetărilor lui A.K. Brodsky, mișcarea în jos a aripii acestei insecte începe cu pronația, care scade la mijlocul loviturii și crește brusc la sfârșit (La toate celelalte insecte studiate, pronația spre sfârșitul loviturii în jos). este înlocuită treptat de supinație, necesară pentru lamboul ulterior). Unghiul de atac al aripii se schimbă destul de semnificativ în timpul pronației: de-a lungul traseului de la mijlocul până la punctul inferior de impact, devine mai mare cu 15°. Ca rezultat, forța principală de ridicare a insectei este generată la mijlocul cursei în jos, iar forța de împingere este generată la sfârșitul loviturii. Cu alte cuvinte, atunci când aripa se mișcă în jos, forțele aerodinamice pe care le creează sunt pozitive. Deoarece în punctul inferior de impact pronația aripii insectei, așa cum am văzut, este maximă, mișcarea în sus a aripii insectei este forțată să înceapă cu supinația ei ascuțită. În acest caz, suprafața aripii este situată aproape perpendicular pe direcția de zbor a insectei. Pe măsură ce aripa se mișcă în sus, supinația aripii scade treptat. Efectul aerodinamic asupra părții principale a traseului ascendent al aripii este neutru sau chiar negativ. Acest lucru nu se aplică însă chiar la începutul ridicării aripii, când, ca în poziția sa inferioară, se creează o forță de împingere.
Toate cele de mai sus ne permit să concluzionăm că traiectoria aripii insectei ar trebui să arate destul de complexă. Iată, de exemplu, figura pe care o descrie vârful aripii în raport cu corpul acestei insecte, dacă priviți aripa din lateral (Fig. 9, I) și din față (Fig. 9, II) .
Cinematica aripii unei alte insecte, musca forma, este și mai complexă. În fig. Figura 10 arată traiectoria aripii sale în raport cu corp și aer. Apropo, analizând natura mișcării aripii formei, W. Nachtigall a arătat că forța de ridicare parțială la o insectă poate fi creată chiar și atunci când aripa se mișcă în sus la începutul clapetei. Iată, de exemplu, cum prezintă acest autor forțele deja cunoscute de noi care acționează asupra aripii în diferite faze ale ciclului aripii (Fig. 11). Imaginea unei muscă cu aripile ridicate simbolizează începutul lovirii aripii, iar cu aripile coborâte simbolizează sfârșitul acesteia. Sunt reprezentate patru etape succesive ale ciclului, forța rezultată fiind reprezentată de o linie întreruptă cu săgeți duble.
Din diagramele date de W. Nachtigal, se pare că se poate concluziona că, în prima etapă a mișcării în jos a aripii, unghiul de atac și tracțiunea sunt relativ mici, prin urmare ar trebui creată o bună forță de ridicare și rezultanta ambelor forțe va să fie îndreptată mai mult sau mai puțin vertical. În stadiul II, aripa începe să se desfășoare, unghiul de atac devine aproape 90°, rezistența crește brusc, iar portanța scade (poate, totuși, să rămână semnificativă dacă aripa Formia se comportă la unghiuri mari de atac similar cu aripa Drosophila). Rezultatul aici este încă îndreptat în sus. Este interesant că rezistența în creștere în această etapă a ciclului poate fi utilă - poate ajuta la încetinirea aripii și la oprirea acesteia în cel mai scăzut punct de impact. Pe Etapa III aripa se ridică deja, iar fluxul de aer curge pe cealaltă suprafață a ei - cea dorsală. Rezultatul este îndreptat înainte în această etapă. În cele din urmă, în stadiul IV, fluxul curge din nou pe suprafața ventrală a aripii, iar rezultatul merge acum înapoi și în jos (în același timp, poate ajuta la încetinirea aripii la sfârșitul mișcării sale în sus).
Astfel, este posibil ca forțele aerodinamice care apar în timpul mișcărilor aripilor să fie importante nu numai pentru menținerea corpului insectei în aer și pentru a-l deplasa înainte, ci și pentru frânarea aripii în punctele superioare și inferioare ale cursei aripii. După cum vom vedea mai jos, componentele elastice ale toracelui insectei pot juca, de asemenea, un rol semnificativ în timpul mișcării aripilor.
Cu toate acestea, oricât de impresionante ar fi diagramele de descompunere a forțelor care acționează asupra aripii unei insecte în diferite etape ciclu, trebuie să rețineți că în în acest caz, Pentru analiză se utilizează aparatul aerodinamicii clasice. Și aerodinamica clasică se ocupă modele staţionare, Dar zborul zburător al insectelor poate fi clasificat sau măcar redus la categoria staționare?
De fapt, viteza de mișcare a aripii unei insecte, chiar și în timpul zborului în regim de echilibru în diferite etape ale ciclului, nu este constantă: ea scade la zero în punctele superioare și inferioare de impact și direcția de mișcare a aripii la acestea. punctele sunt inversate. Mișcarea în sus, cel puțin la unele insecte, este mai rapidă decât mișcarea în jos. Viteza rezultată de mișcare a aripii în timpul zborului de batere constă în translație și oscilație, iar mișcarea aripii însăși în cea mai mare parte a ciclului aripii nici măcar nu coincide în direcție cu mișcarea întregului sistem (insectă zburătoare). Mai mult, în timpul zborului de baterie, unghiul de atac se schimbă (și destul de semnificativ!) în diferite faze ale ciclului aripii și, în consecință, forțele aerodinamice care acționează asupra aripii. Mai mult, chiar și în aceeași fază, unghiurile de atac ale diferitelor secțiuni ale aripii se dovedesc a fi diferite. Fenomenele care apar în stratul limită al unei aripi care bat sunt foarte ciudate (și departe de a fi studiate!). Străzile vortex formate în spatele unei aripi staționare și batătoare sunt complet diferite...
Astfel, atunci când luăm nu o aripă staționară, ci o aripă care se mișcă de-a lungul unei traiectorii complexe, care își schimbă și profilul în diferite faze ale ciclului, ajungem la concluzia că multe constante pentru o aripă staționară aici devin brusc variabile (unghiuri de atac, unghiuri de instalare etc.). Pe de altă parte, în timpul zborului de batere, apar noi cantități și dependențe care trebuie studiate și luate în considerare: frecvența impacturilor și amplitudinea acestora, accelerația pe care o dobândește aripa în diferite faze ale ciclului etc.
Din nefericire, nu există încă o teorie a zborului flăcării al insectelor și este puțin probabil ca o astfel de teorie să fie creată în următorii ani din cauza numeroaselor dificultăți. Prin urmare, mulți cercetători care studiază zborul insectelor încearcă să reducă cel puțin aproximativ situațiile de zbor non-staționare la o succesiune de situații staționare. Așa a făcut, de exemplu, T. Weiss-Fo, un cunoscut specialist în aerodinamica zborului lăcustelor și a altor insecte. Este interesant faptul că unii parametri aerodinamici calculați conform regulilor aerodinamicii clasice (de exemplu, forța medie de ridicare și forța medie de împingere) pentru un număr de insecte coincid perfect cu valorile acestor valori obținute în experimente directe. asupra insectelor atașate echilibrelor aerodinamice și „zburând” în fluxul de vânt. Nu știm încă cum sunt explicate aceste coincidențe, care contrazic toate raționamentele noastre aparent convingătoare.
? Să ne uităm la diferite tipuri de zbor.Planificare
După ce a primit viteza inițială de mișcare dintr-un salt sau un zbor activ, insecta poate zbura la o anumită distanță pe aripile sale staționare întinse și ușor trase înapoi (Fig. 86).
Puteai vedea cum o pușcă de lăcuste înspăimântată sare din iarbă, accelerează înainte și în sus cu un zgomot, lucrând rapid cu aripile sale, apoi coboară pe aripi nemișcate și, după ce a zburat 2-3 metri, dispare în iarbă.
Aerul care curge pe aripă creează o forță de ridicare care echilibrează o parte din forța gravitațională a Pământului și încetinește căderea. Datorită dimensiunilor lor mici, insectele nu pot aluneca mult timp.
Avântându-se
Planarea insectelor (Fig. 87) este posibilă atunci când există curenți de aer ascendenți în aer. Ele se formează peste obiecte încălzite de soare, precum și atunci când vântul se ciocnește de un obstacol - un zid, o stâncă, marginea unei păduri. Odată aflată în curent ascendent, insecta își deschide larg aripile, iar aerul care se ridică o poartă în sus. Insecta folosește o parte din forța de ridicare a aerului pentru a avansa.
Dacă ar fi să intrăm în segmentul înaripat - „camera mașinilor” a unei insecte zburătoare, am vedea următoarea imagine. Pe părțile laterale ale holului, de la podeaua fixă până la tavanul mobil, sunt întinse două coloane groase - mușchii dorso-abdominali. Sub tavan, de-a lungul holului, mușchii longitudinali aleargă ca două grinzi groase. Sunt radianți de căldură - sunt atât de fierbinți de la serviciu. Pentru a ridica aripile în sus și a le muta înapoi, mușchii dorso-abdominali se contractă. Ei trag tavanul (partea din spate a regiunii toracice) în jos și acesta apasă în jos pe vârful interior al aripii. Aripa se sprijină pe peretele lateral (axa de rotație a pârghiei) și, prin urmare, capătul său lung exterior se ridică. Mușchii longitudinali sunt relaxați. Pentru a coborî aripa în jos și înainte, insecta relaxează mușchii dorso-abdominali și îi contractă pe cei longitudinali. Ei îndoaie tavanul în sus, trăgând cu ei brațul scurt al aripii, iar brațul lung coboară.
Fluturii mari fac aproximativ 5 clapete pe secundă, lăcustele - aproximativ 20, molii de șoim - aproximativ 50. Zborul lor ni se pare tăcut. Musca de casă face aproximativ 100-200 de mișcări pe secundă, iar zborul său este uneori abia audibil. Când o insectă zboară cu bătăi de aripi mai frecvente (de exemplu,
Aripi și zbor de insecte abstracte
arata tot
Articulația aripi-corp
Atașarea aripilor de corp și mișcarea lor
Capacitatea de a zbura a fost dezvoltată la insecte de-a lungul evoluției: după cum se știe, ordinele cele mai primitive se pot mișca numai cu ajutorul, deoarece nu au. Deplasarea prin aer este mai avantajoasă din punct de vedere al vitezei și, în plus, consumă mult mai puțină energie decât mersul pe jos.
Aripa de insectă poate fi comparată cu o pârghie cu două brațe. Brațul scurt este reprezentat de partea sa interioară (baza), care este ascunsă sub membrană, iar brațul lung este situat în exterior: de fapt, această parte vizibilă este considerată a fi aripa. Pe suprafața interioară a exoscheletului, chiar sub joncțiunea aripii și a corpului, există o proiecție densă numită coloană pleurală; această structură joacă rolul unui punct de sprijin în timpul balansării. (fotografie)
Când o insectă este pe cale să se îndrepte, ea contractă mușchi speciali () atașați la spate. Spatele se va mișca ușor în jos, apăsând pe interiorul plăcii aripioare. Acesta, la rândul său, se sprijină pe coloana playral. În acest caz, baza aripii coboară, iar partea exterioară a acesteia se ridică simultan. Dacă este necesar să coborâți aripa, spătarul se ridică din nou și totul revine la poziția inițială.
Interacțiunea aripilor în timpul zborului
Insectele se deplasează fie cu ajutorul a patru (gândaci, fluturi), fie cu ajutorul a doi. De obicei, o pereche de plăci de aripi situate pe o parte a corpului, atunci când sunt extinse, formează o singură suprafață de zbor. Singurele excepții sunt unii reprezentanți ai clasei. De exemplu, printre libelule există atât homoptere, în care se mișcă în același mod, cât și heteroptere, în care fiecare aripă se mișcă în felul ei. (video)
Tipuri de zbor
Împărțirea zborului în varietăți poate fi efectuată din diferite puncte de vedere. De exemplu, în funcție de scopul său, experții disting două tipuri principale:
- banal (obișnuit)- zbor în scopul obținerii de alimente, găsirii unui partener pentru etc.
- migrație- un zbor efectuat pentru a căuta noi habitate.
Această gradație nu este una dintre cele mai de succes, deoarece nu reflectă particularitățile funcționării aparatului aripilor insectei într-un caz particular. Astfel, atât lăcustele, cât și fluturii pot migra pe distanțe mari, dar modurile specifice în care fac acest lucru diferă, iar acest lucru trebuie luat în considerare. Din acest motiv, pare cel mai convenabil clasificare functionala zbor în mod pasiv și activ.
Zbor pasiv
- desfasurat fara munca musculara activa, sub influenta gravitatiei, a curentilor de aer sau a energiei cinetice acumulate in zbor activ (forta de inertie).S-a întâmplat:
Zbor activ
: este posibil datorită mișcărilor active. Insecta efectuează mișcări de aripi, care îi asigură mișcarea înainte și în sus. Mișcarea activă este împărțită în două tipuri principale:- zbor zburător- efectuate cu mișcări de mare amplitudine, în timpul cărora insecta se mișcă în raport cu pământul.
- zbor în picioare (tremurând).- insecta face mișcări mici, în timp ce atârnă în aer, dar nu zboară înainte.
Toate ordinele înaripate au capacitatea de a bate zborul, în timp ce zborul în picioare poate fi demonstrat doar de muște, fluturi și alte câteva insecte, destul de puține. În același timp, în timp ce stă nemișcat, vârful aripii descrie o figură de opt. Dacă insecta se mișcă înainte, această figură se „întinde”, iar aripa „desenează” o sinusoidă. (video)
Viteza si raza de actiune
S-ar părea că cu cât insecta este mai ușoară, cu atât ar trebui să zboare mai repede, dar în natura vie totul se întâmplă adesea invers. Cum dimensiuni mai mici pentru un zburător, cu atât îi este mai greu să reziste curgerii de aer și cu atât trebuie să depună mai mult efort pentru a se mișca. Prin urmare, muștele medii și mari, fluturii și libelulele zboară cel mai repede. Gândacii sunt inferiori lor în acest sens: odată cu creșterea dimensiunii corpului, coleopterele devin mai grele și mai stângace. De exemplu, un fluture de șoim în calm complet se poate deplasa 15 m într-o secundă (54 km/h) de 1046 de ori pe secundă.
Condiții externe, cum ar fi vântul și ploaia, afectează foarte mult capacitatea de a zbura. De obicei, insectele încearcă să nu decoleze în condiții de mediu nefavorabile. Cu toate acestea, unii oameni au relații foarte neobișnuite cu fenomene naturale. De exemplu, la viteze ale vântului de până la 0,7 m/s, muștele albastre zboară foarte activ - o astfel de intensitate a curenților de aer are un efect stimulativ asupra lor. Cu toate acestea, de îndată ce indicatorul atinge valori mari, zborul devine imediat o activitate extrem de nepopulară pentru aceste Diptera.
În timpul așezării sau migrării, insectele pot uneori să funcționeze destul de mult zboruri lungi, dar nu toată lumea este capabilă de asta. De exemplu, majoritatea muștelor parcurg câțiva metri în condiții calme și apoi se așează să se odihnească. Dacă îi privați de această oportunitate, vor zbura puțin mai mult de un kilometru, apoi vor obosi și vor cădea. Alții sunt suficient de puternici pentru a zbura pe distanțe mult mai mari. De exemplu, libelule au fost văzute în mijlocul Mării Caraibelor, la peste 500 km de cea mai apropiată masă de uscat. Având în vedere că o astfel de insectă are o rezervă suficientă de forță pentru a se întoarce înapoi, arată rezultate fantastice de rezistență.
