0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему шмель летает вопреки законам физики? Чем и как это объясняется

Почему шмель летает вопреки законам физики? Чем и как это объясняется?

С детства любой, кто интересовался миром насекомых, слышал о том, что полёт шмеля противоречит всем законом физики, а точнее аэродинамики. Это утверждение столь плотно засело в наших умах, что сейчас уже с трудом можно разобраться, почему это происходит. Неужели может существовать животное, основная часть жизнедеятельности которого противоречит базовым законам физики? Данная статья предназначена для тех, кто хочет узнать, является этот факт правдой, или же это просто вымысел, в который с уверенностью верят люди.

nathoncharova

События

  • Recent Entries
  • Friends
  • Archive
  • Profile
  • Add to friends
  • RSS

Парадокс шмеля

«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.

Кажется, что в шмелином быте, за исключением короткой жизни, царит покой и дружелюбие. Но в семье не без черной овцы или же, в данном случае, кукушки. Шмели-«кукушки» – натуральные паразиты, выживающие исключительно за счет других. Они не собирают пыльцу, зато драться умеют за десятерых, и в этом им помогают более острые жала и челюсти, а также крепкий хитиновый скелет.
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.

Читать еще:  Что помогает от моли и ее личинок

Причем, каждый отдельный вид «кукушек» выбирает себе целью лишь пару «собственных» видов обычных земляных шмелей, отыскивая тех по особым феромонным меткам. Захватив гнездо, паразиты заставляют чужих рабочих пахать на себя, так как собственных породить не в состоянии.
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.
источник

Короткая жизнь самцов

Жизнь шмелей – типичный пример матриархата в мире природы. Самки покрупнее самцов и, в отличие от них, снабжены жалом.

«Ранней весной основательница – перезимовавшая самка – выбирает место и строит гнездо, несколько восковых ячеек, в которые откладывает яйца, – рассказывает Оксана Воробьёва. – Воск вырабатывается железами на брюшке».

Шмелиное гнездо (бомбидарий) можно встретить порой в самых неожиданных местах – в зазорах кирпичной кладки, например, или за наличниками окон. Но чаще пристанищем служит почва, мох, норы мелких грызунов.

И вот ведь как природой предусмотрено: сначала из этих яиц, пройдя стадии личинки и куколки, появляются рабочие особи, то есть бесплодные самки. Именно они копошатся в цветах, добывая пропитание для семьи. Пыльцу собирают в корзиночки, образованные волосками на задних голенях. А нектар несут в зобике. Они же продолжают строительство гнезда, ведь семья постоянно растёт.

Позже, на излёте лета, на свет появляются плодоносные самки и самцы. Они спариваются, самцы вскоре погибают, а оплодотворённые самки ищут место для зимовки – любую щёлочку в земле, коре дерева, в норе или дупле. Каждая из них весной образует новое гнездо. Также осенью погибают рабочие особи и самки-основательницы.

Хитрое дело – посчитать количество полосатых жителей одного шмелиного гнезда. Но учёные справились и с этой задачей.

«В одной семье может быть от 50 до 200 особей, у некоторых видов – до 500», – уверяет доцент кафедры биологии.

[править] Разбор полётов

Механика машущего полёта насекомых — реально сложный матан, и далёкий от физики человек едва ли сможет его полностью понять и уж тем более объяснить другому, просто прочитав его описание. Что касается конкретно шмеля, то очень упрощённо суть можно пояснить так: при быстрых-быстрых взмахах крыльев, имеющих определённую гибкость и траекторию движения, у их краёв образуются кольцевые завихрения воздуха, которые «сбрасываются» при завершении взмаха и создают насекомому необходимую подъёмную силу и определяют направление движения.

Следует, всё же, заметить, что шмель, несмотря на применение передовых достижений в биомеханике, далеко не самый искушенный летун среди своих членистоногих собратьев. Миллионы мух летают аналогичным шмелю образом, однако при этом, в силу ряда причин, они более приспособлены к тому самому высшему пилотажу, который вызывает у анонимуса тонны ненависти и сильно затрудняет их последующее истребление. А вот более подкованные в физике бабочки умеют использовать в процессе перемещения различные принципы, не ограничиваясь сбросом воздушного потока. Они тоже упорно не вписывались ни в какие теории до того, как скоростная киносъёмка дефлорировала их тайну. Крейсерский полёт у бабочек не менее хитрожопый, чем у шмеля: бабочки «аплодируют» крыльями, смыкая их сначала концами, а потом уже по всей площади. Воздух из этой трубки по мере её схлопывания выталкивается назад, бодро подталкивая расписную тварь вперёд и вверх. Кроме того, бабочки умеют планировать, расправив крылья, там, где шмель, сделав то же самое, просто ёбнется жопой о землю.

Правда или миф?

Итак, как же стоит воспринимать распространённое мнение о том, что этот представитель фауны не должен летать? Каков окончательный вердикт?

Итак, выражение о том, что передвижения этого существа в воздухе невозможны из-за того, что они идут в разрез с общепринятыми постулатами естественных наук, является ложным. Однако оно прочно засело в умах обывателей из-за давней ошибки учёных.

Читать еще:  Отрава крысиная смерть

И моховой, и глинистый

Тот факт, что бомбусы (по латинскому названию) не обеспечивают нас мёдом, ещё не даёт права называть их бездельниками.

«Шмели ценны в первую очередь как опылители, – поясняет доцент кафедры биологии БелГУ Оксана Воробьёва. – Хоботок у них длиннее, чем у пчёл, поэтому шмели могут опылять растения с длинным венчиком, например клевер и другие бобовые».

Длина хоботка у некоторых видов может достигать половины от длины тела. Инструментом для опыления служат и волоски, которыми покрыты мохнатые трудяги. Наверняка многие из вас наблюдали летом на лугу или на клумбе такую картинку: забирается полосатый толстячок в самую глубину цветка, основательно копошится там, а затем не спеша выбирается, весь припудренный пыльцой.

По всему миру гудят около 300 видов шмелей. В нашей области их 28. Есть и особо ценные, и редкие краснокнижники – моховой, пластинчатозубый, глинистый, плодовый, ленточный, армянский, степной. Ещё дюжина – дупловой, лесной, каменный, пятнистоспинный, конфузус и другие – кандидаты на внесение в региональную Красную книгу.

nathoncharova

События

  • Recent Entries
  • Friends
  • Archive
  • Profile
  • Add to friends
  • RSS

Парадокс шмеля

«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.

Читать еще:  Комар в увеличенном виде

Кажется, что в шмелином быте, за исключением короткой жизни, царит покой и дружелюбие. Но в семье не без черной овцы или же, в данном случае, кукушки. Шмели-«кукушки» – натуральные паразиты, выживающие исключительно за счет других. Они не собирают пыльцу, зато драться умеют за десятерых, и в этом им помогают более острые жала и челюсти, а также крепкий хитиновый скелет.
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.

Причем, каждый отдельный вид «кукушек» выбирает себе целью лишь пару «собственных» видов обычных земляных шмелей, отыскивая тех по особым феромонным меткам. Захватив гнездо, паразиты заставляют чужих рабочих пахать на себя, так как собственных породить не в состоянии.
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.
источник

Содержание

Рождение сабжа овеяно легендами и относится к началу ХХ века, когда один великомудрый учёный (имена называются разные, чуть ли не сам Людвиг Прандтль) решил произвести расчёт подъёмной силы крыльев шмеля. Почему именно шмеля? Шмель — насекомое с символизирующим латинским названием Bombus, имеет слишком маленькие крылья относительно размеров и массы собственного тела, но при этом всё равно умудряется летать, в связи с чем представляет для исследований особый интерес.

Поскольку дело было только на заре аэродинамики, учёный применил к шмелю формулы расчета подъёмной силы самолётов, в результате чего потерпел фейл и заключил, что шмель летать не должен и делает это фактически вопреки законам физики. Даже если это и правда, то проделал он всё это, вероятнее всего, исключительно для лулзов, потому как не мог не понимать, что аэроплан, в отличие от шмеля, крыльями не машет, механика полёта у него совсем другая и к шмелям она по определению не подходит. Изучение полёта насекомых, таким образом, ждало своего часа. Тем не менее, попирающий основы мироздания шмель, не дожидаясь, меметизировался и полетел пошёл в народ, где снискал широкую популярность и как аргумент в пользу бессилия науки, и как годный катализатор СПГС, и просто как прикол, которым не грех под стакан повеселить друзей и коллег по работе.

Почему произошла ошибка?

Как же могло получиться так, что ложная теория распространилась по всей планете и надолго засела в умах обывателей? Как учёные могли предположить, что такое обыкновенное существо может жить вопреки законам природы?

Как оказалось, дело было в недостаточно глубоком подходе к исследованию и правилам аэродинамики. Учёные совершили несколько ошибок во время своих исследований, которые и привели к зарождению мифа:

  • Предположение о том, что в соответствии с физическими постулатами и не должны двигаться над поверхностью, было выдвинуто из-за недостатка знаний и осведомлённости в сфере;
  • Более того, когда исследователи изучали особенности полёта других животных, они применяли ко всем ним единую формулу, которая базировалась на формуле передвижения в воздухе самолёта. И здесь оказалось целых два подводных камня, которые ускользнули от внимания людей науки;
  • Во-первых, крылья самолёта являются статичными, в то время как у данного членистоногого они постоянно двигаются, причём в нескольких плоскостях;
  • Во-вторых, борт этого летательного аппарата пропорционален его крыльям, а тело шмеля значительно больше.

Так, недостаточное количество информации привело к рождению ложной теории. Однако не стоит думать, что люди науки были просто глупы.

Подводя итог, стоит отметить, что далеко не всем распространённым фактам стоит верить, так как довольно часто они оказываются всего лишь обычными заблуждениями, вызванными ошибкой или недопониманием. В конце концов, несмотря на все предположения учёных, шмели летали даже тогда, когда исследователи считали, что они не могут этого делать. И продолжают это делать сейчас.

Видео: макросъемка взлета насекомых

В этом видео биолог Олег Мазаев покажет, как происходит взлет насекомых (в том числе и шмелей), съемка с высокой частотой кадров:

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector