Păsările mari care știu să planifice bine folosesc baterea aripilor pentru zbor pe vreme caldă doar ocazional, folosind curenți ascendenți de aer încălzit pentru a menține un zbor stabil. Aceste mișcări, plus picioarele bine dezvoltate ale păsării folosite la cursa de decolare, îi permit să obțină viteza necesară pentru ca ridicarea aripilor să intre în joc. Păsările și insectele mici lucrează cu aripile lor aproape tot timpul zborului și la o frecvență relativ constantă a clapetelor. Aripile lor funcționează ca o elice cu pas variabil instantaneu spre opus în punctele extreme ale bateriei, atunci când decolează pe o traiectorie specială și la unghiuri mari de atac, mai degrabă înainte și înapoi decât în ​​sus și în jos, ceea ce este necesar pentru a crea împins înainte și în sus, de obicei decolând împotriva vântului... Și de obicei zboară pe distanțe scurte...

În combinație cu flexibilitatea aripilor și o frecvență suficientă de batere, se creează un vârtej, undă turbulentă a unei anumite structuri în timpul funcționării aripilor. Vârtejurile pentru o astfel de undă în procesul de zbor de batere orizontală sunt create de aripile oscilante în faze opuse ale baterii, iar valul rezultat din aceste vârtejuri contribuie la zborul lor. În procesul de oscilații constante, valul de vârtejuri creat de aripi în antifaza sa este prins de aripi, împingându-le ca niște arcuri de aer, iar pe baza acestei rezonanțe aerodinamice, zborul ulterioar al acestor creaturi zburătoare are loc după decolare.

La rezonanța unui astfel de circuit oscilator aerodinamic, care constă din energia mușchilor aripilor oscilante (energia de pompare); din aripi oscilante, care creează un fel de izvoare sub formă de unde vortex excitate de aripi; de la vârtejurile care zboară din aripă și în antifaza de rezonanță aerodinamică împinge suplimentar aripile și creează o portanță suficientă pentru zborul unei insecte sau păsări, necesară zborului. Fără un astfel de circuit oscilator reglat la rezonanța aerodinamică, zborul economic va fi imposibil!

Tocmai această împingere SUPLIMENTARĂ de către unda generată a mediului excitat de către sistemul oscilator, împreună cu forma aerodinamică a circuitului oscilator în sine, este esența funcționării economice a unui astfel de sistem oscilator aerodinamic! Este important doar să se creeze o astfel de undă și să se poată regla circuitul oscilator în rezonanță cu o forță motrice și o undă excitată a mediului cu un consum minim de energie, împiedicând sistemul de oscilație însuși să fie împrăștiat pentru calitatea sa bună și funcționare stabilă.

Evoluând pe parcursul a sute de milioane de ani, insectele au dobândit un aparat destul de perfect și în același timp relativ simplu pentru zborul în aer. Reglând curenții de aer creați de aripi, insecta, ca un elicopter, schimbă direcția de zbor, creând forța necesară zborului orizontal, care consumă deja ceva mai puțină energie în conformitate cu legile aerodinamicii clasice, deoarece datorită ușurință și dimensiuni reduse, este folosit într-o oarecare măsură ridicarea carenei lor bine raționalizate.

Gândacii zburători folosesc, de asemenea, elitre pentru zborul orizontal, atunci când funcționează ca aripile unui avion, iar aripile batătoare ale unei insecte în sine sunt ca șuruburi, iar prin controlul direcției tuturor forțelor aerodinamice, manevrele insectelor în aer și toate perii si neregularitatile de pe suprafata aripilor si elitrelor lucreaza pentru a forma turbulenta necesara pentru un flux neintrerupt de aer, asigurand un zbor stabil si economic. La unii gândaci, elitrele bat, de asemenea, puțin, creând o forță suplimentară de ridicare.

Mulți specialiști absolvenți în domeniul zborului nu cunoșteau de mult aceste subtilități și încă nu le înțeleg pe deplin. Dar naturii au fost nevoie de zeci de milioane de ani pentru a crea un astfel de circuit oscilator rezonant aerodinamic, iar astăzi, pentru a crea un avion de încredere cu aripi care bat pentru zborul uman, este necesar să se efectueze multe experimente, să construiască tabele de măsurare și să se obțină o anumită științifică. algoritm pentru aplicarea cercetării științifice în practică. Deși, chiar înainte de al Doilea Război Mondial, designerii germani de avioane au lansat cu succes ornitoptere mici și ușoare folosind o bandă de cauciuc răsucită pentru a conduce.

Renumitul aerodinamist Alexander Lippisch i-a plăcut și el, iar în 1930 Erik von Holst a reușit să construiască un ornitopter, pe care a instalat un motor cu ardere internă și a zburat pe o linie lungă până s-a epuizat combustibilul. Volanul lui Kiselev, construit la Institutul de Aviație din Moscova, a zburat și el pe bandă. Dar până acum nimeni nu a reușit să creeze un avion de încredere cu aripi care bat pentru zborul uman...

Oamenii se gândesc adesea la volantă ca la un vehicul capabil să decoleze aproape vertical și chiar să plutească în aer ca un elicopter. Este o iluzie. Un flapper este o aeronavă capabilă să zboare o perioadă relativ lungă de timp fără să coboare cu ajutorul aripilor care bat. Și cum decolează - cu ajutorul unui remorcher, dintr-o tracțiune, folosind un motor cu reacție sau pur și simplu dintr-o elevație folosind picioarele pilotului, așa cum a făcut Lilenthal pe aripile sale, nu contează deloc. Important este că un astfel de dispozitiv poate zbura ca o pasăre!

Este clar că un vultur nu poate zbura în calm fără ajutorul picioarelor sale, iar albatrosul, dacă nu se află pe o cotă, poate alerga zeci de metri în calm înainte de a se ridica pe aripă! Din acest motiv, rândunelele și ionișii nu aterizează deloc pe pământ și sunt buni zburători!

Uneori se întreabă cât de repede ar trebui să bată aripile.

Viteza este calea de urmat. Despre ce viteză vorbim în procesul oscilator?

Deși putem spune că în viteza de planificare.

Frecvența de oscilație depinde de frecvența naturală de oscilație a întregului sistem aripă-aer, iar la rezonanța sistemului oscilator mecanic ca atare, frecvența de baterie se poate modifica foarte ușor. Aceasta va depinde de viteza fluxului de aer din jurul aripii, precum și de elasticitatea și flexibilitatea aripii și de când se modifică alți parametri ai întregului sistem oscilator. De aceea o astfel de rezonanță se numește parametrică, încât atunci când unii parametri se modifică, alți parametri ai întregului sistem oscilator se modifică. Amplitudinea oscilațiilor aripilor poate fi, de asemenea, modificată pentru a crește viteza aripii în fluxul de aer care intră pentru a crește portanța acestuia, în măsura în care mecanismul în sine, materialul aripii și condițiile de zbor o permit.

Și deoarece fiecare sistem oscilator are propriul factor de calitate pentru amortizare și funcționează în funcție de frecvența și puterea forței motrice, de elasticitatea și rigiditatea materialului aripii, de puterea forței motrice pentru apariția oscilațiilor rezonante, atunci se pot modifica şi parametrii întregului sistem oscilator. Apropo, toți acești parametri pot fi, de asemenea, modificați, adică dacă unii parametri se modifică în sistemul oscilator, atunci rezonanța unui astfel de sistem oscilator se numește parametrică.

Acum despre efortul de flapping necesar pentru zborul de batere. Uneori este suficient să ne uităm la ce unghiuri de atac cocoșul zboară în sus de gard, așa că pentru o perioadă scurtă de timp chiar și cocoșii sunt capabili să decoleze dintr-un loc într-un gard înalt, dar nu-i văd zburând bine, ceea ce înseamnă că nu are suficientă forță pentru zborul orizontal, dar aleargă cu ajutorul aripilor mai repede decât fără ele. La urma urmei, doar zboară în sus de gard și asta se datorează bătăirii aripilor! Și când aleargă, se ajută cu aripile și aleargă mai repede și mai bine manevră. Dar un cocoș negru sau un cocoș de munte poate zbura destul de departe după o decolare aproape verticală, iar aripa lor în timpul decolării nu „stă niciodată paralelă cu solul”!

Atunci când planificați un avion sau o pasăre, precum și în timpul „inactiv”, cel mai economic zbor orizontal cu o viteză de planare, cu o aerodinamică bună a întregului sistem de aripi, rezistența sa se transformă în portanța necesară pentru un astfel de zbor, din acest motiv, când unii parametri ai vitezei de zbor de flapping pot fi chiar mai mici decât la planare. Depinde de capacitatea în acest mod de a menține aerul pe suprafața portantă a aripilor fără a bloca fluxul.
Este clar că un astfel de volant nu va putea să atârne ca o libelulă într-un singur loc, dar pentru un zbor orizontal economic este destul de potrivit.

Dacă calea pentru un timp este viteza, atunci aripa care se mișcă de-a lungul unei sinusoide în timpul procesului de batere acoperă un drum mai lung în același timp decât corpul păsării. Și din moment ce aripa parcurge o distanță mai mare în același timp, înseamnă că viteza aripii în fluxul de aer din jurul ei a crescut și, în consecință, portanța sa a crescut!

Pentru a înțelege cum se comportă aripa în „reactiv”, cel mai economic mod de zbor al unei păsări care zboară liniștit este suficient pentru a lua o foaie de placaj, de aproximativ 100 x 50 cm de marginea îngustă, într-un braț întins împotriva vântului, ca și cum ar fi fost. aripa ta și schimbând alternativ unghiul de atac încercați să o mențineți orizontal față de sol.

Cu un vânt bun, cu greu se va putea menține mâna în poziție orizontală, dar vei obține, în practică, mișcări oscilante, ondulatorii! Atât pentru un caz special de rezonanță parametrică! Și dacă fixați o placă de cinci metri relativ subțire, dar puternică în geamurile din spate ale mașinii și la viteze diferite, aplecându-se pe geam cu un suport, încercați să o îndoiți lateral la un metru de geam, schimbând în timp unghiul de atac cu propriile tale vibrații, ce vei obține? Aceleași mișcări de batere, doar cu un sistem oscilator mai elastic. Dacă un capăt al plăcii este fixat rigid în fereastră, iar în cealaltă fereastră placa este fixată într-o suspensie cu arc cu dispozitive dinamometrice, atunci chiar și pe o placă fără un profil special, puteți observa o scădere bruscă a greutății plăcii. sub diferite moduri ale vibrației sale. Poți ghici cum ar funcționa o astfel de placă aerodinamică? Apropo, la o anumită viteză, pot apărea moduri critice și placa se va rupe...

Păsările fac acest lucru într-un flux care se apropie cu o viteză de planare, dar zboară FĂRĂ Scăderea, deoarece în acest caz aripa își păstrează portanța în fiecare moment al bateriei, având unghiul necesar de atac și viteză suficientă în acest curent de aer de intrare, deoarece aripa. trece printr-un sinusoid mai mult decât carcasa unei păsări!

Când un pescăruș aflat în PLANIFICARE ZBOR începe să-și schimbe unghiul de atac al aripilor sale, primește vibrațiile necesare pe aripile sale pentru un zbor orizontal stabil!

Acest lucru se datorează faptului că aripile ei parcurg o cale mai lungă de-a lungul unei sinusoide decât corpul ei, care se mișcă în linie dreaptă, iar calea pentru un timp este viteză, ceea ce înseamnă că viteza la aripă a crescut de la aceasta și de la sustinerea pe aripi a crescut in comparatie cu zborul fara bataie.iar pasarea zboara fara sa coboare aproape fara a-si cheltui energia in zbor datorita calitatii ridicate a aripii si absenta aproape totala a rezistentei frontale! Insa viteza atat in zborul de planare cat si in cel de flapping este ACEEASI! Și, de asemenea, fără drag!

Dar atunci când o pasăre trebuie să zboare mai repede, atunci poate schimba într-o oarecare măsură atât frecvența, cât și eforturile de batere, precum și amplitudinea clapetelor, creând un efect de propulsie asupra aripilor datorită elasticității penelor și de la elasticitatea laterală a structurii aripii!

Apropo, în acest caz, apar atât rezistența frontală, cât și rezistența aerului, ceea ce necesită deja eforturi considerabile și, prin urmare, costuri semnificative de energie. Este aproximativ același lucru cu a merge într-un ritm calm și apoi a alerga rapid. Apropo, atunci când mergi și aleargă, picioarele unei persoane funcționează și ca sistem oscilator și, de asemenea, în modul de rezonanță parametrică, dacă cineva încă nu știa acest lucru ...

Iar mușchii, atât în ​​timpul zborului păsărilor și insectelor, cât și atunci când o persoană se plimbă, balansează doar pendulul și DAU energie de pompare pentru a pune în mișcare sistemul oscilator pentru a efectua munca necesară!

În scaunul zburatorului, pilotul ține mânerele pentru a RIPA aripa și pentru a schimba unghiul de atac în rezonanță a oscilației aripilor și chiar dacă legănând aripile cu picioarele, puteți obține suficientă portanță și forță pentru zborul orizontal!

Apropo, albatrosul are un os special în articulația umărului pentru a reduce energia cheltuită pentru a menține aripile în stare extinsă, care, atunci când aripile sunt extinse, intră în șanțul osului umărului, ceea ce face aripa mai rigidă. și elastic. Acest lucru îi permite să cheltuiască mai puțină energie pentru a ține aripile într-o stare extinsă, cheltuindu-le doar pentru control pentru a menține zborul și manevra.

Și pe aripile unei libelule există un sigiliu chitinos, care se numește pterostigma, dacă acest sigiliu este tăiat cu grijă, atunci frecvența de oscilație a aripilor crește și aripa începe să se prăbușească, deoarece frecvența naturală de oscilație a aripii și frecvența mușchilor care controlează aripile nu mai coincide și acest dezechilibru duce la distrugerea întregului sistem echilibrat necesar zborului său deplin, stabil și sigur.

În opinia mea, totul este elementar, simplu și de înțeles...

Dacă ți-a plăcut ceva aici și ai dorința și mijloacele să-l plasezi pentru distribuție ulterioară, atunci nimic nu te deranjează și pentru asta trebuie doar să dai clic pe butonul \ Trimite un anunț \ de mai jos, dacă ești înregistrat pe site .. .
Mulțumesc tuturor celor care au postat anunțuri cu articolele mele și mi-au tradus punctele lor pentru că au anunțat articole pe un subiect de interes pentru tine!

MULȚUMESC FOARTE MULT!!!

Vă mulțumesc că ați citit și că sunteți indiferenți!!!

Lecție pe tema
„Motivul și semnificația păsărilor cu sânge cald”

Când studiază subiectul „Păsări de clasă”, copiii se familiarizează mai întâi cu un concept atât de important ca sânge cald... Este foarte important ca elevii să înțeleagă că menținerea unei temperaturi constante a corpului este asigurată de interacțiunea unui număr de sisteme fiziologice din organism. O bună cunoaștere a acestui material este esențială pentru a explica probleme evolutive și ecologice complexe.

Profesor.

- Băieți, de ce sunt mai puține păsări în pădure iarna decât vara?
(Răspunsuri estimate: hrană mică sau deloc(pentru păsările carnivore), multă zăpadă, frig.)
- Poate capacul cu pene să protejeze păsările de îngheț iarna? ( Poate, dar doar parțial.)
Principalele întrebări la care trebuie să răspundem în lecția de astăzi sunt: ​​Ce încălzește corpul păsării? Cum păstrează temperatura constantă? De unde vine energia pentru zbor?
- Cum se generează căldura în general? ( Răspunsuri presupuse: prin arderea materiei organice, care are loc în prezența oxigenului.)
- Și cum merge mașina? Cum se mișcă organismele? ( Datorita energiei generate si in timpul arderii(oxidare)substanțe organice cu participarea oxigenului.)
De câtă energie au nevoie păsările? La urma urmei, pot zbura pe distanțe lungi, pot dezvolta viteze mari. (Lucrul cu mesele.)

Tabel 1. Distanțele parcurse în timpul zborurilor

Tabelul 2. Suprafața aripii și sarcina pe ele

Pentru comparație, un model de planor are o sarcină a aripii de 2,5 kg / m 2.

Tabelul 3. Frecvența wing-flap

Tabelul 4. Viteza maximă de zbor

Cu cât pasărea este mai mică, cu atât are nevoie de mai multă hrană pentru fiecare gram de greutate corporală. Pe măsură ce dimensiunea animalului scade, masa acestuia scade mai repede decât suprafața corpului prin care are loc pierderea de căldură. Prin urmare, animalele mici pierd mai multă căldură decât cele mari. Păsările mici consumă 20–30% din propria greutate pe zi, păsările mari - 2–5%. Un pițigoi poate mânca atâtea insecte într-o zi cât se cântărește singur, iar o pasăre colibri minuscul poate bea o cantitate de nectar de 4-6 ori greutatea proprie.

Repetând etapele împărțirii alimentelor și particularitățile sistemului respirator al păsărilor, completăm schema nr. 1 în etape.

Progresul lucrărilor la completarea schemei

Activitatea fizică intensă a păsărilor necesită multă energie. În acest sens, sistemul lor digestiv are o serie de caracteristici care vizează procesarea eficientă a alimentelor. Organul pentru apucarea și ținerea alimentelor este ciocul. Esofagul este lung, la majoritatea păsărilor are o expansiune asemănătoare buzunarului - gușă, unde alimentele se înmoaie sub influența lichidului de gușă. Stomacul glandular are glande în peretele său care secretă suc gastric.
Gânița este puternic musculată și căptușită cu o cuticulă puternică din interior. În ea are loc măcinarea mecanică a alimentelor. Glandele digestive (ficat, pancreas) secretă activ enzimele digestive în cavitatea intestinală. Nutrienții descompusi sunt absorbiți în fluxul sanguin și transportați către toate celulele corpului păsării.
Cât timp durează păsările să digere hrana? Bufnițele mici (bufnițele de casă) digeră un șoarece în 4 ore, iar un chiliu cenușiu în 3 ore. Boabele suculente la passerine trec prin intestine în 8-10 minute. Păsările insectivore își umplu stomacul de 5-6 ori pe zi, păsările granivore - de trei ori.
Cu toate acestea, în sine, absorbția alimentelor și intrarea nutrienților în sânge nu reprezintă încă eliberarea de energie. Nutrienții trebuie să fie „arse” în celulele țesuturilor. Ce sistem este implicat în asta? ( Genți ușoare, aerisite.)
- Mușchii trebuie să fie bine aprovizionați cu oxigen. Cu toate acestea, păsările nu pot asigura livrarea cantității necesare de oxigen din cauza cantității mari de sânge. De ce? ( Creșterea cantității de sânge ar crește masa păsării și ar face dificilă zborul.)
Alimentarea intensivă cu oxigen a celulelor țesuturilor la păsări are loc din cauza „respirației duble”: aerul bogat în oxigen trece prin plămâni în timpul inhalării și expirației și în aceeași direcție. Aceasta este asigurată de un sistem de saci de aer care pătrund în corpul păsării.
Pentru ca sângele să se miște mai repede, aveți nevoie de hipertensiune arterială. Într-adevăr, păsările sunt hipertensive. Pentru a crea hipertensiune arterială, inima păsărilor trebuie să mustre cu mare forță și înaltă frecvență (Tabelul 5).

Tabelul 5. Greutatea și ritmul cardiac

Energia este generată ca urmare a oxidării (combustiei) nutrienților. Pe ce se cheltuie? (Terminăm completarea schemei nr. 1).

Concluzie. Un proces oxidativ activ ajută la menținerea unei temperaturi constante a corpului.
O temperatură ridicată a corpului asigură un nivel ridicat al metabolismului, contracția rapidă a mușchiului inimii și a mușchilor scheletici, ceea ce este necesar pentru zbor. Temperatura ridicată a corpului permite păsărilor să scurteze perioada de dezvoltare a embrionului în oul eclozat. După ecloziune este o perioadă importantă și periculoasă în viața păsărilor.
Dar o temperatură constantă a corpului are dezavantajele ei. Care? Completam schema numărul 2.

Așadar, menținerea unei temperaturi a corpului constant ridicate este benefică pentru organism. Dar pentru asta trebuie să consumi multă mâncare, pe care trebuie să ajungi undeva. Păsările au trebuit să dezvolte diverse adaptări și comportamente pentru a obține suficientă hrană. Aici sunt cateva exemple.
Apoi elevii fac mesaje pe tema „Cum diferite păsări își obțin hrana” (pregătirea lor ar putea fi temă pentru această lecție).

Pescuit pelicani

Pelicanii pescuiesc uneori împreună. Ei vor găsi un golf puțin adânc, îl vor înconjura într-un semicerc și vor începe să bată pe apă cu aripile și ciocul, îngustând treptat arcul și apropiindu-se de țărm. Și abia după ce a condus peștii la țărm, se încep să pescuiască.

Vânătoare de bufnițe

După cum știți, bufnițele vânează noaptea. Ochii acestor păsări sunt uriași, cu o pupila puternic dilatată. Intr-o astfel de pupila intra suficienta lumina si cu iluminare slaba. Cu toate acestea, este imposibil să vezi prada - diverse rozătoare mici, șoareci și volei - de departe, în întuneric. Prin urmare, bufnița zboară jos deasupra solului și nu privește în jur, ci drept în jos. Dar dacă zburați jos, foșnetul aripilor va speria prada! Prin urmare, bufnița are penaj moale și liber, ceea ce face zborul său complet tăcut. Cu toate acestea, principalul mijloc de orientare la bufnițele de noapte nu este vederea, ci auzul. Cu ajutorul ei, bufnița află despre prezența rozătoarelor prin scârțâit și foșnet și determină cu precizie locația prăzii.

Înarmat cu o piatră

În Africa, în rezervația naturală Serengeti, biologii au observat cum vulturii își obțin hrana. De data aceasta mâncarea au fost ouă de struț. Pentru a ajunge la delicatesa, pasarea a luat cu ciocul o piatra si a aruncat-o cu forta peste ou. Coaja puternică, rezistând la loviturile ciocului chiar și ale unor păsări atât de mari precum vulturii, a crăpat din piatră, iar oul putea fi mâncat.
Adevărat, vulturul a fost imediat îndepărtat de ospăţ de vulturi şi a fost luat pentru un ou nou. Acest comportament foarte interesant a fost apoi observat în mod repetat în experiment. Au aruncat cu ouă în vulturi și au așteptat ce se va întâmpla. Observând delicatețea, pasărea a ridicat imediat o piatră potrivită, cântărind uneori și până la 300 g. Vulturul a târât-o în cioc zeci de metri și a aruncat-o pe ou până a crăpat.
Într-o zi, unui vultur i s-au dat ouă de găină false. A luat unul dintre ei și a început să-l arunce la pământ. Apoi a dus oul pe o stâncă mare și l-a aruncat împotriva lui! Când acest lucru nu a adus rezultatul dorit, vulturul a început cu disperare să bată un ou împotriva altuia.
Numeroase observații au arătat că păsările au încercat să spargă orice obiect în formă de ou cu pietre, chiar dacă era imens sau pictat în culori neobișnuite - verde sau roșu. Dar nu au acordat deloc atenție cubului alb. Oamenii de știință au descoperit, în plus, că vulturii tineri nu știu să spargă ouăle și să învețe acest lucru de la păsările mai în vârstă.

pescar de pescuit

Pasărea osprey este un pescar excelent. Văzând un pește, acesta se repezi repede în apă și își înfige ghearele lungi și ascuțite în corpul victimei. Și indiferent de modul în care peștele încearcă să scape din ghearele prădătorului, aproape niciodată nu reușește. Unii observatori notează că pasărea ține peștele prins cu capul în direcția zborului. Poate că acesta este un accident, dar este mai probabil ca ospreyul să încerce să prindă pește în așa fel încât să fie mai ușor să-l ducă mai târziu. Într-adevăr, în acest caz, rezistența aerului este mai mică.

Concluzie asupra mesajelor elevilor - dezvoltarea progresivă a creierului și a organelor de simț conducătoare (viziunea, auzul) este asociată cu un metabolism intens, mobilitate ridicată și relații complexe cu condițiile de mediu.
Acum explicați de ce păsările sunt răspândite în toate climatele. Care este motivul migrației păsărilor? ( Sângele cald permite păsărilor să nu se teamă de îngheț, să rămână active chiar și la temperaturi ambientale foarte scăzute. Cu toate acestea, lipsa hranei iarna îi obligă să migreze în mai multe locuri de hrănire.)

Cercetătorii au descoperit în practică câtă energie electrică se poate obține din batetul aripilor gândacilor. Această recoltă de energie este utilă pentru hrănirea unor senzori minusculi transportați de insecte înseși.

Cel puțin trei universități din SUA lucrează de câțiva ani la transformarea gândacilor în cyborgi zburători. Electronica integrată (camere, microfoane, senzori de substanțe) ar permite unor astfel de creaturi să acționeze ca cercetași ascunși, inspectori de mediu și așa mai departe.

În 2009, oamenii de știință au realizat pentru prima dată un zbor controlat aleatoriu al unui gândac viu, care a executat comenzile operatorului, ca un model controlat radio. Însă electronica, pe care insecta a târât pe spate, era alimentată de o baterie minusculă, iar acest lucru nu a permis să se bazeze pe utilizarea pe termen lung a cyborgului în teren. Acum, dacă gândacul încă s-a reîncărcat singur...

Acum profesorul Khalil Najafi (Khalil Najafi)și doctorand Ethem Ercan Aktakka (Ethem Erkan Aktakka) de la Universitatea din Michigan a demonstrat o soluție la problemă.

Oamenii de știință au dezvoltat mai multe versiuni de generatoare piezoelectrice miniaturale atașate la spatele animalelor. Capetele acestor fascicule elastice ating elitrele și oscilează în urma mișcărilor coleopterelor.

Subiecții de testare au fost gândacii verzi de iunie. (Cotinis nitida)... Aktakka și Najafi au experimentat cu locații diferite pentru generatoare și au măsurat deviațiile disponibile ale capetelor grinzilor, forțele și puterile generate de insectă.

Două prototipuri inițiale, montate direct pe insectă, au făcut posibilă îndepărtarea a 11,5 și 7,5 microwați din aceasta la o frecvență de oscilație a aripilor de 85-100 herți (gândacul a fost fixat într-o instalație de laborator).

Apoi, a fost creat un model de spirală minuscul îmbunătățit. Pentru el a fost dezvoltată chiar și o tehnologie pentru producerea unei piese monolitice de material piezoelectric: o spirală subțire a fost tăiată cu un laser de femtosecundă.

Cel mai recent model a fost testat pe un dispozitiv care imită aripile unui gândac. Sistemul a dezvoltat un efort egal cu cel măsurat anterior asupra unei creaturi vii.

Această bobină a produs deja o putere de 18,5-22,5 microwați. Autorii experimentului au sugerat că plasarea unei perechi de astfel de generatoare pe o insectă (unul pe aripă) ar permite primirea a mai mult de 45 μW de electricitate. În viitor, experimentatorii intenționează nu numai să plaseze proba finală pe gândac, ci și să o testeze în zbor liber.

În plus, inovatorii au calculat că, dacă astfel de microgeneratoare sunt conectate direct la mușchii zburători, puterea disponibilă pentru electronicele de bord poate fi mărită de zece ori. Dar aceasta este deja o idee pentru viitor, precum și furnizarea elitrelor insectelor cu celule solare flexibile.

Aceste experimente au fost finanțate de agenția de cercetare Pentagon. DARPAîn cadrul programului de integrare a sistemelor microelectromecanice și a insectelor (MEMS hibrid de insecte) lansat in 2006.

Păsări... Aripa trebuie considerată cea mai importantă adaptare morfologică la mediul aerian.

aripă- Acesta este planul de rezemare, care este format din penele de zbor. Pe degete și încheieturi sunt 11 pene de zbor de ordinul întâi, iar pe antebraț sunt 12 pene de zbor de ordinul doi. Baza penelor de zbor este o tijă rigidă, de care sunt atașate simetric pe ambele părți barbele care alcătuiesc ventilatorul.

Pentru ca aripa să genereze portanță, pasărea trebuie să preia viteza de pornire. Apoi, fluxul de aer este distribuit în raport cu planul aripii în așa fel încât să se creeze o presiune a aerului crescută sub aripă. Deasupra suprafeței superioare a aripii, aerul se mișcă mai repede, rezultând un vid relativ. Apare o forță de ridicare, pe care pasărea o manipulează schimbând unghiul de atac, zona aripii, frânarea prin penele cozii.

Viteza de mișcare în aer este menținută în diferite moduri. Diferite păsări dezvoltă viteze diferite în aer. Depinde de mărimea și forma aripii, de capacitatea păsării de a schimba forma aripii în timpul zborului, de frecvența flapurilor aripii, precum și de capacitatea păsării de a folosi energia curenților de aer. . Se obișnuiește să se distingă mai multe tipuri de zbor: floarea, planarea (planarea), planarea.

Zbor zburător sugerează că pasărea are aripi scurte și moderat largi și mușchi pectorali bine dezvoltați, cum ar fi la un porumbel. Masa muschilor pectorali poate ajunge la 30-40% din greutatea corpului. Frecvența bătăilor de aripi la un porumbel este de aproximativ 2 bătăi într-o secundă, la păsările mai mari este mai puțin frecventă. Păsările folosesc coada și parțial aripile ca frână.

Penajul păsării joacă un rol important în organizarea zborului. Oferă corpului o fluiditate, absoarbe influența curenților de aer. La împingere, penele de zbor se închid datorită aderenței cârligelor și canelurilor și formează un plan de rezemare relativ rigid al aripii. Când aripa este ridicată, penele se deschid, drept urmare rezistența aerului scade brusc. La aterizare, pasărea încetează să-și bată aripile, menținându-le la unghiul necesar.

În partea finală, penele cozii și penele aripilor de zbor sunt folosite ca frână, care se desfășoară cu o suprafață ventrală aproape perpendiculară pe direcția de mers.

Planificarea zborului... În timpul unui zbor planant, păsările folosesc energia mișcării curenților de aer. Păsările au o suprafață mare a aripilor, fie datorită lungimii lor (fregata), fie datorită lungimii și lățimii lor (vulturii). Când planează o pasăre, aripa capătă lungimea sa maximă și este plasată în planul de mișcare la un unghi de 90 ° față de axa longitudinală a corpului. Când planează, păsările se mișcă fără a pierde înălțimea sau chiar câștigă înălțime cu un consum minim de energie. Reducerea vaporizarii este posibilă și fără un consum suplimentar de energie din cauza curenților de aer descendenți.

Păsările precum vulturii, zmeii și, într-o măsură mai mică, corbii, folosesc energia curenților de aer ascendenți și descendenți atunci când planifică. Suprafața pământului se încălzește și se răcește neuniform. Aerul mai cald este forțat să iasă de aer rece, în urma căruia există o mișcare verticală a maselor de aer. În plus, mișcarea aerului are loc și în plan orizontal. În zonele muntoase, curenții de aer în mișcare orizontal lovesc un obstacol (partea muntelui) și se ridică.

La păsările marine (albatroși, fregate), zborul este oarecum diferit de zborul planant al păsărilor care trăiesc pe uscat.

Au aripi lungi și înguste (până la 4 m pentru o fregată și albatros) cu un corp destul de mare. Păsările profită de rafale de vânt care se ridică peste valuri. Folosind curenții de aer care se apropie, păsările câștigă înălțime. Apoi se întorc 180 ° și planează în aval de vânt cu viteză mare pe aripile din spate, pierzând altitudine. Aceasta este urmată de o întoarcere într-un arc larg cu aripile întinse înainte spre fluxul de aer. Manevre similare sunt disponibile pentru păsările de uscat. Dar albatrosul plutește periodic deasupra valurilor din cauza curenților de aer care se ridică de la suprafața apei, la fel cum fac păsările terestre.

Zbor plutitor... Acest tip de mișcare în aer pare să fie cea mai consumatoare de energie. Pentru a rămâne pe loc și a nu pierde din înălțime, păsările trebuie să creeze simultan o mare forță de ridicare și să atenueze avansul liniar cu frânare. În zborul flotant, păsările execută batai de aripi cu o frecvență înaltă (aproximativ 50 de batai pe secundă). La astfel de păsări (cerniță, pasăre colibri), mușchii care pun aripa în mișcare au o masă foarte mare. Doar mușchii pectorali pot avea o masă care reprezintă 1/3 din greutatea corporală totală. Impingerea este creată de munca unei aripi ușoare și foarte mobile, care este dominată de pene de zbor lungi și relativ rigide de ordinul I. Penele de zbor de ordinul 2 la păsările care folosesc zborul flotant nu sunt 12, ci doar 6.

Mamifere... Locomoția în aer la mamifere este un fenomen rar. Liliecii sunt cei mai adaptați zborului. Aceste animale se mișcă nesigur pe pământ (mai precis, de-a lungul suprafețelor verticale ale copacilor, peșterilor), dar se mișcă cu măiestrie în aer. Unele specii (de exemplu, cu aripi lungi) dezvoltă o viteză de până la 35-40 km/h în zbor pe distanțe scurte.

Liliecii, sau liliecii (Chiroptera), au o membrană mare zburătoare. Este un pliu de piele între membrele anterioare, trunchi și membrele posterioare, precum și între degetele membrelor anterioare, trunchi și coadă. Mușchii pectorali și membrele anterioare hipertrofiate sunt puse în mișcare. Dintre lilieci, în funcție de structura membranelor zburătoare, se disting liliecii cu aripi ascuțite, cu aripi lungi, cu aripi late și cu aripi toci. Biomecanica mișcărilor liliecilor în aer nu diferă fundamental de cea a păsărilor.

La lilieci pot fi observate aceleași trei tipuri de zbor ca și la păsări: floarea, plutirea (fâlfâitul) și planarea.

În plus față de lilieci, locomoția în aer este disponibilă pentru veverițe zburătoare, maimuțe și alte animale arboricole mici. Dintre veverițele care folosesc aerul pentru mișcarea liniară, cele mai cunoscute sunt veverița zburătoare de nord și veverița zburătoare uriașă. Acesta din urmă, în ciuda dimensiunilor sale considerabile (lungimea corpului 40-50 cm, lungimea cozii - până la 60 cm), deși nu este cu adevărat capabil să zboare, cu toate acestea, datorită planificării, acoperă distanțe de până la 500 m. În acest caz , veverița se deplasează dintr-un pădure înalt în altul. Datorită unei astfel de locomoții, rozătoarea evită vecinii periculoși de pe sol și schimbă terenurile furajere fără a coborî la pământ. De la călcâi până la încheieturile veverițelor zburătoare, membrane largi se întind de-a lungul corpului, care, la sărituri, creează un plan portant cu o suprafață destul de mare.

Veverița zburătoare de nord este mai mică. Lungimea corpului său nu depășește 25 cm, coada este de 18 cm. Cu toate acestea, această veveriță poate zbura cu ușurință din copac în copac cu o viteză mică de aproximativ 100 m / min. În ciuda faptului că un astfel de zbor este pasiv, cu toate acestea, permite proteinelor să rezolve probleme vitale: să scape de prădători, să găsească parteneri sexuali și să dezvolte noi resurse alimentare.

Pești... Zborul peștilor este chiar mai rar decât zborul mamiferelor. Cu toate acestea, eficacitatea sa poate fi comparabilă cu zborul păsărilor.

Peștii își folosesc aripioarele pectorale pentru alunecarea în aer. Astfel, atunci când sunt speriați, peștii zburători, datorită mișcării de aruncare a mușchilor trunchiului, mușchii pedunculului caudal și lucrului intens cu lama inferioară a aripioarei caudale, sar din apă și zboară distanțe în aer, permițându-le. pentru a scăpa de urmăritorii lor.

La suprafața apei, un pește zburător lucrează cu coada pentru o perioadă destul de lungă, dezvoltând o forță mare, care îi permite să învingă forța gravitațională. Viteza de zbor a acestor mici pești depășește viteza urmăritorilor (ton, pește-spadă), iar distanțele pe care le parcurg ajung la câteva sute de metri.

Alte tipuri de pești, cum ar fi aripile degetelor, pot nu numai să plutească, ci și să efectueze manevre complexe în aer. Aripa degetului se ridică la suprafața apei și alunecă de-a lungul ei cu o viteză de 18 m/s. Peștele capătă o viteză atât de mare datorită mișcărilor în zig-zag ale aripioarei caudale cu lama inferioară hipertrofiată.

Viteza de zbor a aripii degetului este comparabilă cu viteza de mișcare a navelor maritime moderne și este adesea de 60-70 km / h. O lovitură puternică a cozii ridică peștele în aer la o înălțime de 5-7 m. Aripa degetului zboară în aer până la 200 m, folosind curenții de aer. Peștele este capabil, dacă este necesar, să schimbe direcția de zbor datorită mișcărilor înotătoarei caudale. Ea a arătat, de asemenea, mișcări oscilatorii ale aripioarelor pectorale.