Может ли шмель летать. Почему шмель не может летать по законам физики

«Шмель – это просто большая пчела, только не жалит и меда не делает. А еще не может летать по законам аэродинамики, но все равно летает!» Хотя, слово «просто» к шмелям применять не стоит, так как у них множество интересных и неожиданных граней.

Шмель, действительно, не просто похож на пчел, но и напрямую относится к их славному семейству. В общем-то, кроме шмелей и пчел в него больше никто и не входит, зато тех и других около 170 родов и более 5 000 видов. Шмели тут, правда, в меньшинстве – 40 родов и 300 видов, но числа все равно впечатляют.

Близкое родство очевидно даже при первом взгляде, но шмели крупнее медоносных пчел раза в два и значительно пушистее. Окраска шмелей, как правило, жёлто-чёрная, часто в полоску.

Кроме того, встречаются виды шмелей с красными или оранжевыми полосами, а некоторые виды окрашены в сплошной чёрный цвет. Предполагается, что окрас шмелей связан с необходимостью баланса между терморегуляцией и мимикрией (маскировочной или предупреждающей).

Как и все пчелы, они живут колониями от пятидесяти до двухсот особей, в которые входят неспособные к размножению самки-рабочие, половозрелые самки и самцы. Самцы имеют более длинные усики, чем у самок. Матки крупнее самцов и снабжены жалом, как и рабочие.

Лидер гнезда, строящий его в начале каждой весны с нуля – матка. Все яйца откладываются в одну камеру, где сперва выводится пара сотен рабочих, затем — полноценные самки и самцы для размножения.

Такие условия жизненно необходимы, ведь срок жизни пчелиного гнезда не превышает полугода. Сперва матка заботится о рабочих, выкармливает их и воспитывает, пока те не переходят на самообеспечение.

Продолжатели пчелиного рода, способные к размножению, появляются на свет лишь в конце лета, чтобы чуть-чуть полетать, поопылять растения, пособирать пыльцу, спариться и окончить на том сказочку. Самцы умирают, самки впадают в спячку, а старая матка погибает. Печальная, но на удивление эффективная схема. Весной самки проснутся, и цикл начнется с нуля.

Даже в чрезвычайно короткой жизни шмеля может найтись место для необычных моментов, по крайней мере, с человеческой точки зрения. К примеру, мед они производят не хуже, чем другие пчелы, но он жидкий, по внешнему виду скорее напоминает сахарный сироп и начинает бродить уже при температуре +4°С.

Несмотря на распространенное мнение, жалить шмели умеют, хоть делают это, действительно, реже обычных медоносных пчел. Зато если уж возьмутся за работу (например, оберегая гнездо), то могут наградить обидчика-человека доброй сотней уколов.

Жало шмеля больше напоминает жало осы и шершня – оно гладкое и легко вынимается из кожи для повторной атаки. Яд не более опасен, чем пчелиный, но учитывая размер шмелей, их лучше не провоцировать ни при каких обстоятельствах.

Густая «шерсть» на теле шмеля нужна ему не только для красоты: она хорошо хранит тепло, позволяя насекомому вылетать за пыльцой и нектаром спозаранку, когда воздух еще слишком холодный и другие насекомые сидят в своих укрытиях.

В итоге, первый нектар достается именно этим наиболее устойчивым к холоду труженикам. По сути, шмели являются живыми обогревателями, с помощью быстрого сокращения мышц груди повышающими температуру своего тела до 40°C.

Любопытно, что в большую жару шмель неспособен летать, так как перегревается. Правда, несмотря на всю свою «нордическую» природу, это насекомое обладает и механизмом охлаждения. Для этого в полете шмель выпускает каплю жидкости изо рта, которая испаряясь охлаждает ему голову.

Распространено заблуждение, будто шмели летают, нарушая законы аэродинамики: «Шмель не должен летать по законам физики, но не знает об этом и все равно летает». Звучит поэтично, спору нет, только вот к реальности это высказывание не имеет ни малейшего отношения.

Легенда гласит, что в начале XX века некий ученый попытался вычислить подъемную силу крыльев шмеля и пришел к неутешительному выводу, что те слишком малы и не могут поддерживать насекомое в воздухе.

Неизвестно, существовал ли подобный эксперимент на самом деле, поскольку из научных текстов можно найти лишь исключительно его опровержения. Механика крыльев у насекомых в целом довольно запутанная штука, но, разумеется, никаких законов аэродинамики и физики она не нарушает. Скорее напротив, является ярким их подтверждением.

Молниеносное движения крыльев шмеля можно сравнить с лопастями микроскопического вертолета, так как принцип более или менее тот же. Единственное, в чем данная байка хоть сколько-то права – летун из бочкообразного шмеля весьма посредственный.

Медоносные пчелы летают лучше шмелей, осы – тоже, а про каких-нибудь мух и говорить нечего. Но шмелиные крылья все же честно выполняют свою роль, доставляя хозяина по назначению безо всяких физических парадоксов.

Кукушки, как следует из названия, проникают в чужие гнезда, чтобы подбросить хозяевам собственное потомство. Обычно для этого убивается матка и все рабочие, кто осмелится что-то прожужжать против, но ряд видов довольно мирно сосуществуют со своими жертвами. Объедают, конечно, но убивать не станут.

Индивидуальная сила не всегда спасает: периодически обитатели гнезда дают отпор и затыкивают вторженца жалами насмерть. Но самую оригинальную стратегию обороны выработали североамериканские шмели Bombus fervidus. Завидев в своем доме «кукушку», они тут же подносят ей «хлеб-соль», а точнее, сладкий нектар.

Сперва захватчик доволен теплым приемом, пока с удивлением не обнаружит, что нектара как-то многовато. Все тело «кукушки» покрывает клейкая масса, залепляющая глаза и усики, сковывающая крылья, не дающая дышать. Если незваный гость не уберется восвояси, мучительная смерть неминуема — сладкая, медленная и до чертиков ироничная.

Интересно, что несмотря на малые размеры мозга, шмели демонстрируют сложное социальное поведение, способности к логике и обучению. Так, в ходе исследования ученые провели эксперименты с земляными шмелями.

Насекомым были предложены три пластиковых «цветка», в центре которых размещался раствор сахарозы. При этом, «цветки» размещались под прозрачной перегородкой и были напрямую недоступны шмелям.

Специальные шнуры позволяли шмелям вытянуть «цветы» наружу. Сначала «цветки» были свободно доступны, но постепенно ученые все дальше и дальше прятали их под стекло, пока единственным способом добраться до сахара оказался – «дернуть за веревочку».

Из 40 подопытных шмелей с задачей смогли справиться 23. Затем исследователи помещали еще необученных шмелей так, чтобы те могли наблюдать за действиями других сородичей, которые добывали лакомство из-под прозрачной перегородки.

Более 60% из них быстро переняли новый навык и, в свою очередь, смогли извлечь сахар сразу из полностью скрытого «цветка», при этом максимально точно копируя действия «учителей».

Учитывая мирный нрав рядовых шмелей, а также выдающуюся способность к опылению, их понемногу используют на полях и в теплицах. Первая компания, специализирующаяся на разведении шмелей возникла в Бельгии в 1987 году, а следом подобные предприятия начали открываться по всему миру.

Сегодня их число уже выросло до почти четырех десятков. Что тут сказать? Если ты – пчела, пусть и необычная, волей-неволей придется дружить с человечеством. Отнюдь не худший расклад для обоих сторон.

Использованы материалы статьи Сергея Евтушенко с сайта

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

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

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

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

Почему шмель летает?

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

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

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

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

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

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

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

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

Оригинал взят у masterok в Разоблачаем! Шмель летать не должен?

Почему шмель летает?

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

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

источники

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

Почему шмель летает?

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

источник http://masterok.livejournal.com/3251840.html

Разоблачаем! Шмель летать не должен? November 30th, 2016

Почему шмель летает?

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

источники