И. Степанов - Полет птиц и насекомых без формул. Часть I. Описание

Во-вторых, опахала маховых и кроющих перьев во время полета расширены и расположены у птиц слоями и рядами внахлест. Каждый ряд перьев непосредственно участвует в создании сил, движущих птицу, поэтому реальная суммарная площадь крыла значительно больше её проекционной величины.

В-третьих, самопроизвольные или автоматические взмахи крыльями, как у насекомых, так и у птиц, дающие им колоссальную экономию энергии и сил.

Этот вопрос объясняют только с позиции активного участия мышц животного, даже не предполагая, что возможны взмахи крыльев при пассивных движениях грудных мышц.

В-четвертых, свойства слоев воздуха, позволяющие летающим животным продолжительное время находиться в воздухе, тоже недостаточно освещены…

Математические формулы хороши для расчетов деталей и изготовления конструкций, но для объяснения полета они неуместны, поэтому во всей книге, предлагаемой мной, вы не найдете ни одной формулы, ни одного уравнения. К тому же всего этого достаточно в других источниках. Но отсутствие формул я старался восполнить наличием множества фотографий и рисунков…

Принцип полета у всех организмов один и тот же, и только некоторые характерные особенности ставят их на разные ступени совершенства, поэтому я начал с описания полета семян растений, затем насекомых (мухи, жуки, бабочки, стрекозы), рыб, рукокрылых и закончил описанием полета птиц, (Полет птиц описан в следующей книге).

«… Трудности носят не математический, а чисто физический характер. Дело состоит в неясности самой физической схемы, которой можно было бы стилизовать процесс, происходящий при взмахе крыла; и недостаток этой физической схемы не может быть заменён никакими… математическими средствами, как бы сложны они не были ». Голубев В. В. Тяга машущего крыла. Доклад на сессии ОТН АН СССР, январь, 1946 г., «Известия АН СССР, ОТН», 5, 1946 г.

Атмосфера Земли имеет слоистое строение. Слои атмосферы отличаются друг от друга температурой воздуха, его плотностью, количеством водяного пара в воздухе и другими свойствами. Говоря иначе, воздушный океан по своему строению напоминает слоистый пирог. У него тоже есть свои «слои», свои пустоты, а кое-где слои плотно прижаты друг к другу.

Газообразная оболочка, окружающая земной шар, называется атмосферой (от греческих atmos-воздух и sphaira-шар). Атмосфера простирается до высоты свыше 1000 км. Ее обычно делят на тропосферу, непосредственно прилегающую к земной поверхности, стратосферу и ионосферу.

Воздух имеет массу и давит на поверхность земли с определенной силой. Давлением называется сила, приходящаяся на единицу поверхности. Эта сила обозначается буквой р.

В механике давление обычно измеряется в кгс/см 2. Давление в 1 кгс на 1 см 2 принято называть технической атмосферой. В аэродинамике давление измеряется в мм ртутного столба. Известно, что на уровне моря, при температуре плюс 15° С воздух давит на поверхность земли с силой 1 кгс на 1 см 2. С такой же силой давит столб ртути высотой 760 мм. Такое давление принято считать нормальным.

В зависимости от температуры и влажности воздуха меняется его плотность, что, в свою очередь, вызывает изменение давления. С подъемом на высоту давление понижается в строго определенной закономерности. Это дает возможность заранее определить, каким оно будет на той или иной высоте.

Свойство давления изменяться в зависимости от высоты используется в анероидно-мембранных устройствах: высотомерах, приборах автоматического раскрытия парашюта.

С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным – около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

По мере подъёма на все большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.

До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Начиная с высот 100—130 км аэродинамическое крыло ещё можно применить, но при больших скоростях полёта.

Хотя атмосфера простирается вверх на многие сотни километров, основная масса воздуха сосредоточена в довольно тонком слое. Между уровнем моря и высотой 5—6 км находится половина массы атмосферы, в слое до 16 км-90%, а в слое до 30 км – 99%. Иначе говоря, плотность воздуха с высотой быстро уменьшается. Поэтому 1 м 3 воздуха на уровне моря весит 1033 г, на высоте 12 км – 319 г, а на высоте 40 км – всего 4 г.