Полет шмеля — «торжество силы над изяществом»
Ученые Оксфордского университета выяснили, что ключом к полету шмеля является грубая сила, а не аэродинамическая эффективность.
В последние годы ученые моделировали взаимодействие крыльев насекомых с воздухом для создания подъемной силы, используя относительно простые вычислительные модели, которые часто упрощали движение или форму крыльев.
«Мы решили вернуться к самому насекомому и с помощью дыма, аэродинамической трубы и высокоскоростных камер детально понаблюдать, как работают крылья настоящего шмеля в свободном полете», — сказал доктор Ричард Бомфри из Департамента зоологии, соавтор исследования, опубликованного в этом месяце в журнале Experiments in Fluids. — «Мы обнаружили, что полет шмеля удивительно неэффективен — с аэродинамической точки зрения это выглядит так, будто насекомое «разделено пополам», поскольку не только его левое и правое крылья машут независимо, но и воздушные потоки вокруг них никогда не соединяются, чтобы помочь ему легче скользить в воздухе».
Такое экстремальное аэродинамическое разделение левой и правой сторон отличает шмеля [Bombus terrestris] от большинства других летающих животных.
«Наши наблюдения показывают, что вместо аэродинамического изящества, присущего большинству других насекомых, шмели используют подход грубой силы, приводимый в действие огромной грудной клеткой и питаемый богатой энергией нектаром», — сказал доктор Бомфри. — «Такой подход может быть обусловлен его особенно широкой формой тела или мог развиться, чтобы сделать шмелей более маневренными в воздухе ценой менее эффективного стиля полета».
Профессор Адриан Томас из Департамента зоологии Оксфорда, соавтор отчета, сказал: «Шмель — это танкер, его работа — транспортировать нектар и пыльцу обратно в улей. Эффективность вряд ли важна для такого образа жизни».
Наблюдение за насекомыми в свободном, а не привязанном, полете — серьезная задача. Команда из Оксфорда научила шмелей перемещаться из своего улья для сбора пыльцы со срезанных цветов на одном конце аэродинамической трубы. Затем они использовали трубу, чтобы продувать потоки дыма мимо летящих пчел, чтобы выявить вихри в воздухе, и записали результаты с помощью высокоскоростных камер, делающих до 2000 кадров в секунду. По этим изображениям команда смогла визуализировать поток воздуха над машущими крыльями шмеля.
Старый миф о том, что «шмели не должны летать», был основан на расчетах с использованием аэродинамической теории 1918-19 годов, всего через 15 лет после первого полета братьев Райт. Эти ранние теории предполагали, что крылья шмеля слишком малы для создания достаточной подъемной силы, но с тех пор ученые добились огромного прогресса в понимании аэродинамики и того, как различные виды воздушного потока могут создавать подъемную силу.