Почему летают птицы

Код работы:
Ручкин Иван, Алексеев Константин, Белых Андрей, 9 класс, школа № 1273
Название: Почему летают птицы
Руководитель: Устюгина Галина Павловна - учитель
Ф1-02-09-26
Аннотация.
Почему летают птицы?
Загадка полета птиц давно волнует умы многих людей. Весь собранный, многочисленный
материал по данному вопросу лишь избирательно освещал механизм полета птиц, не раскрывая
полноценно всю картину этого явления. Мы предлагаем свое видение механизма полета,
основанное на собственных исследованиях, содержащих эксперименты, подтверждающие
теоретическую картину.
Самым главным привлеченным фактором, избранным предыдущими исследователями для
изучения и применения, является машущий полет птиц, как самый очевидный и легко
наблюдаемый невооруженным глазом факт.
Опыт показывает, что этого недостаточно для эффективного полета.
Слабым местом в понимании машущего полета стало объяснение самой важной части
махового движения – подъем крыла.
На наш взгляд это происходит по-другому, не так как поясняют авторы других
исследований.
Наши наблюдения за полетом птиц, изучение различных фактических фото- и
киноматериалов привели к следующему. Крыло птицы в полете функционирует так, что
ближайшая к телу часть способствует планированию птицы, а конечная часть крыла служит, как
говорил О. Лилиенталь, созданию пропеллирующей силы полета или, как мы говорим сегодня,
силы тяги. Хвостовая часть служит и планированию, и торможению, и управлению
направлением полета.
Активное участие перьев во всех наблюдающихся видах полета птицы – от взлета-посадки
до планирующего и машущего полета – привело к необходимости исследовать перо птицы.
Для этого летом 2003 года было собрано большое количество перьев городской серой
вороны, городского голубя, воробья, несколько перьев сокола, сброшенные птицами в период
линьки. Это были, главным образом, большие маховые перья первого и второго порядка и перья
хвоста.
Наша гипотеза заключалась в том, что именно расположение ствола пера и поверхности,
образованной опахало, является основным свойством пера, способствующим возникновению
силы тяги крыла.
Нами впервые в качестве характеристики пера был введен безразмерный параметр U, равный
отношению расстояния ствола от геометрического центра поперечного сечения пера к ширине
пера, фиксирующегося этим сечением.
В результате измерений характерных размеров перьев было установлено, что для большей
части маховых перьев у всех птиц параметр U принимает значение 0,29. Самые первые маховые
перья, маховые перья первого порядка, у серой вороны и чайки характеризуются значениями U
= 0,4, а для перьев хвоста - U = 0.
Отсюда следует, что именно асимметрия расположения ствола пера и опахала определяет
функцию пера. Так перья хвоста, очевидно, служат планирующему полету и в случае
необходимости при взлете и посадке служат увеличению несущей поверхности птицы.
Асимметрия пера с показателем U = 0,29 должна служить возникновению силы тяги крыла.
Рассмотрена картина поведения пера при ударе вверх – при взмахе. При взмахе крыла из-за
асимметричного расположения ствола пера и линии максимума силы сопротивления воздуха
перо поворачивается около ствола, а вместе с этим поворачивается вектор силы реакции среды,
что приводит к возникновению результирующей силы - силы тяги вперед.
Самые первые разделенные маховые перья в крыле вороны имеют значения показателя U =
0,4, т.е. ствол пера максимально приближен к передней части опахало. Это нами
интерпретируется как "эффект жалюзи" для всей группы маховых перьев. При ударе крылом
вверх эти перья очень быстро и сильно разворачиваются. Поскольку все остальные маховые
перья соединены с первыми маховыми перьями посредством кожи и перьевых сумок, то резкий
поворот первых перьев приводит к ударному раскрытию всех маховых перьев одновременно.
Это для птицы исключает необходимость в дополнительных мышцах для управления работой
каждого пера, а, следовательно, перо будет легче. Кроме того, одновременный поворот каждого
пера исключает необходимость в развороте на такой же угол всего крыла, что энергетически
более экономично для птицы.
При ударе крылом вниз перья крыла перекрываясь накладываются друг на друга так, что
образуется единая крыловая поверхность, на которую также действуют и сила удара и сила
реакции среды, но картина будет противоположна: сила удара будет направлена вниз, а сила
реакции среды вверх с соответствующим склонением вперед. При этом сила тяги, по-прежнему,
будет направлена вперед.
Кроме того, в полете, особенно парящем, птице нет необходимости действовать
мышцами так, чтобы постоянно держать мышцы крыла в напряженном, расправляющем крыло,
состоянии. Веероподобное расположение перьев приводит к тому, что возникающая сила тяги
перьев направлена не только вперед, но и несколько в сторону. В результате возникает эффект
растягивания крыла в сторону. Это тоже очень предусмотрительное природное решение задачи
экономичного удержания тела птицы в воздухе.
Для того, чтобы убедиться в возникновении силы тяги пера при ударе крыла вверх
изготовлена простейшая физическая модель. Получено подтверждение для возникновения у
модели силы тяги как при взмахе, так и при ударе вниз, причем величина силы тяги зависела от
резкости удара крылом – более резкий удар приводил к большей силе тяги.
Таким образом, наша гипотеза о том, что именно расположение ствола пера и поверхности,
образованной опахало, является основным свойством пера, способствующим возникновению
силы тяги крыла, получила существенное подтверждение в наших экспериментальных
исследованиях.
Наш вывод будет заключаться в том, что не просто оперение крыла способствует
превращению его в движитель, а именно каждое перо несет в себе совершенно определенные
функции движителя. Поэтому у птицы в крыле есть, прежде всего, маховые перья и перья для
осуществления планирующего полета. Маховые перья служат созданию силы тяги крыльев,
причем в стадии планирующего полета они могут складываться или нет в единую крыловую
поверхность. А перья для планирования служат для осуществления этой стадии полета;
наиболее определенными в этом смысле перьями являются хвостовые перья.
Результаты получены в ходе выполнения работы, этапами которой были:
1. Сбор и анализ информации по проблеме полета птиц.
2. Выполнен определенный объем собственных экспериментальных исследований.
3. Выявлены уникальные свойства пера птицы.
4. Выдвинут, экспериментально на физической модели проверен и нашел свое
экспериментальное подтверждение ряд свойств машущего крыла при полете птицы.
5. Результаты работы стали основой для проектной работы "ПОДВОДНЫЙ КАЙТ".