Бабочки летают быстро хлопая крыльями

Полет бабочки является уникальным явлением — ни одно живое существо на планете (птицы, мухи, стрекозы) не двигается по воздуху подобным способом. Еще десять лет назад ученые, опираясь на основы классической аэродинамики, бились над вопросом: почему бабочки летают, ведь согласно законам физики они никак не могут этого делать?

И только эксперименты с закрепленными на бабочках датчиками и изучение замедленной съемки полета в аэродинамической трубе показали всю сложность процесса. В их движениях, которые кажутся нам бестолковыми и хаотичными, на самом деле есть целая система. Бабочки не просто машут крыльями, а используют различные комбинации взмахов, позволяющие им порхать, резко взмывать ввысь, зависать на одном месте и стремительно маневрировать.

Легкомысленные летуньи подчинили себе целый ряд законов физики, но, конечно, сами не знают об этом — такой сложный механизм полета заложен в них природой.

С помощью волнообразных движений крыльев бабочка создает мощный воздушный поток, выталкивающий ее вперед и вверх. Кроме того, она генерирует два вида завихрений у передней кромки крыла, умеет ловить восходящие потоки, совершать активные и пассивные взмахи вверх, круговые движения, использовать механизмы хлопка и броска Вайса-Фога. Арсенал аэродинамических трюков бабочки довольно велик.

Но секрет порхания ярких насекомых заключается не только в движениях, а и в строении чешуек, имеющих собственные аэродинамические свойства, и в уникальном строении крыла. Ученые пытаются найти разгадку полета бабочки, чтобы использовать его механизмы в различных летательных аппаратах, но пока что им не удалось воплотить это чудо природы в своих изобретениях.

Другие статьи в литературном дневнике:

30.09.2018. почему летают бабочки?
07.09.2018. В каждой женской еврейской душе.
04.09.2018. И не сообразуйтесь больше с этой системой вещей.

Портал Стихи.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и российского законодательства. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.

Ежедневная аудитория портала Стихи.ру – порядка 200 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более двух миллионов страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.

Бабочки летают, быстро хлопая крыльями. Объясните с точки зрения физических законов и закономерностей, за счёт чего им удаётся удерживаться в воздухе. Оцените, с какой частотой ν бабочке-монарху надо махать крыльями в воздухе плотностью ρ = 1,25 кг/м 3 , чтобы не упасть, если масса бабочки m = 0,5 г, площадь крыльев S = 8 см 2 , максимальная вертикальная скорость концов крыльев в полёте u = 1 м/c. Считайте, что бабочка опускает крылья вниз плашмя, а поднимает их вверх ребром.

1. После каждого взмаха при опускании крыльев бабочка отбрасывает вниз порцию воздуха. Поскольку отбрасываемый воздух имеет массу, то он уносит импульс. В соответствии с законом сохранения импульса точно такой же импульс передаётся от отбрасываемого воздуха бабочке. В результате возникает подъёмная сила – она численно равна импульсу, который получает бабочка в единицу времени. Если эта сила уравновешивает силу тяжести, действующую на бабочку, то она удерживается в воздухе.

2. Пусть при одном опускании крыльев за время Δt бабочка отбрасывает вниз некоторую массу Δm воздуха плотностью ρ в пределах своей площади крыльев S со средней скоростью V. При этом воздуху сообщается импульс

В единицу времени при частоте взмахов ν весь переданный воздуху импульс будет равен

Бабочка при этом получает в единицу времени такой же по модулю импульс, но уже направленный вверх.

3. Согласно второму закону Ньютона, ΔP/Δt = νρSV 2 = mg, откуда ν = mg/(ρSV 2 ).

4. Для оценки скорости V, входящей в эту формулу, будем считать, что она составляет половину максимальной скорости концов крыльев: V = u/2.

Таким образом, Гц.

Наконец-то после летнего отпуска возобновляется работа "Клуба почемучек"! Сегодня я подготовила ответ сразу на три вопроса. Ведь все они касаются одной темы — бабочек. Мы узнаем о том, как устроены крылья бабочек, выясним, почему у многих бабочек мохнатое тельце и проведем расследование, откуда в запечатанном кульке с крупой могла появиться моль.

Первый вопрос мне прислала Юлия. Она увидела на крупной фотографии бабочки удивительные волосики-бахрому, которые обрамляли концы ее крыльев, и задалась вопросом:

Честно говоря, я никогда раньше не обращала внимание на этот факт, но внимательно просмотрев множество фотографий бабочек обнаружила, что бахрома есть на крыльев у многих из них. Значит, это не случайный каприз природы, а проявление какой-то закономерности. Это заставило меня изучить строение крыльев бабочек и попытаться понять, как и почему они летают. И я узнала много нового и интересного для себя, чем хочу поделиться с вами.

Вот та самая фотография бабочки с ворсинками на концах крыльев

Наблюдая за полетом бабочки, мы любуемся ее грациозными движениями и характерным "порханием" над цветами. Но с точки зрения физики такой полет представляет собой загадку. Ведь частота взмахов у бабочек очень мала. Сравните: бабочка-капустница делает 2-4 взмаха в секунду, тогда как муха, например, машет крыльями 350 раз в секунду. Поэтому бабочек в воздухе не может удерживать вибрационная тяга. Не могут они и пользоваться обычной аэродинамикой — бабочки не изменяют "угол атаки" крыла для полета, а следовательно, их крыло не создает подъемную силу. Помните, мы с вами как-то изучали, почему летают самолеты и другие аппараты тяжелее воздуха? Ни один из этих способов не подходит для описание полета бабочки. И, тем не менее, она летает!
Оказывается, бабочки, для того, чтобы удержаться в воздухе, используют очень сложные механизмы: такие как применение восходящих потоков воздуха, захват воздушного потока кромкой крыла, использование и создание вихрей и другие "ухищрения" для того, чтобы оставаться в воздухе (вроде "хлопок-флинг" Вайса-Фогга). Некоторые ученые относят сюда и создание ее крыльями электромагнитных сил, которые поддерживают бабочку в полете.

Опыт 1. Дрессированные бабочки.
Давайте своими глазами посмотрим, как статическое электричество может удержать бабочку.
Для этого нам понадобится:
шерстяной шарф и полиэтиленовая этикетка с пластиковой бутылки (от лимонада, кока-колы и т.п.).

Материалы для опыта

Ход эксперимента:
Из этикетки вырезаем фигурки бабочек в натуральную величину. Трем их о шерстяной шкаф и прикладываем бабочек к вертикальным поверхностям: к руке, экрану телевизора, пластиковым шкафчикам, вертикально поставленному листу бумаги, деревянным шкафам и т.п. Бабочки "сидят" на них и не падают!
Происходит это за счет того, что наши бабочки от трения о шарф "заряжаются" электричеством — электроны с шарфа переходят на пластик, придавая ему отрицательный заряд. А остальные предметы обычно являются статически нейтральными — в них отрицательные заряды уравновешиваются положительными. И при прикосновении к ним отрицательно заряженной бабочки оба материала (и бабочки и поверхности, на которой она сидит) начинают притягиваться. Ведь по фундаментальному закону электричества разноименные заряды притягиваются, одноименные — отталкиваются. Поэтому бабочка и прилипает к поверхности.

Дрессированные бабочки — сидят на руке и никуда не улетают

Все перечисленные выше способы, которые использует бабочка для полета, работают благодаря необыкновенному строению крыла бабочки. Давайте рассмотрим его поподробнее.

Крыло бабочки — это перепончатое образование, натянутое на "каркас" из жестких жилок. Сверху оно покрыто пыльцой — малюсенькими чешуйками. По этому признаку биологи всех бабочек выделили в отдельный отряд насекомых — Чешуекрылых.
Пыльца бабочек имеет очень важное значение для полета. Никогда не позволяйте малышам брать бабочку за крылья — чешуйки с них остаются на пальцах, а бабочка, лишившись своего покрытия, теряет летные качества и может погибнуть.

Строение крыла бабочки

Чешуйки бабочек являются видоизмененными волосками. По типу окраски они бывают двух видов: пигментными и оптическими. Пигментные чешуйки окрашены пигментом (краской), которая у бабочек берется из тех продуктов, которые она ела, будучи гусеницей: зеленая — это хлорофилл из зеленых листьев растений, красная и желтая — каротин (тот самый, который придает оранжевый цвет морковке). А вот оптические чешуйки не имеют собственной окраски — их цвет возникает за счет преломления лучей на поверхности полых прозрачных чешуек. Обычно это красивый металлический переливчатый блеск ярких бабочек, который исчезнет, если эта бабочка окажется в темном месте.

Крыло бабочки под микроскопом: вверху чешуйки с пигментационной окраской, внизу — оптические
Фото с сайта vitusltd.ru

Кроме того, у бабочки есть еще и пахучие чешуйки, которые расположены на крыльях небольшими группками — андрокониями. Они выделяют пахучий секрет, который помогает самцам привлекать самок.

Две чёрные утолщенные жилки на передних крыльях большой перламутровки
и есть те самые андрокониальные образования. Фото из Википедии

Под микроскопом видно, что чешуйки покрывают все крыло бабочки как черепица — они расположены в шахматном порядке, частично перекрывая друг друга. Такой двухслойный покров увеличивает способность бабочки к планирующему полету, создает термоизоляционный слой, защищая крылышки от перегрева и переохлаждения, и уменьшает шум и вибрацию от полета. Кроме того, чешуйки способствуют "стеканию" статического электричества, которым "заряжается" бабочка в полете. Изучение пыльцы бабочек дало возможность ученым разработать новое покрытие для корпусов вертолетов, которое поможет увеличить их летные качества.
По форме чешуйки очень разнообразны. От коротких и плоских, которые покрывают основную поверхность крыла, до вытянутых тонких, которые обычно расположены на концах крыльев. Вот они-то и выглядят как ворсинки или бахрома. Есть даже такие виды бабочек, у которых эти волоски очень длинные — это обычно малюсенькие бабочки, крылья которых настолько узкие, что если бы не эти волоски, они не смогли бы летать.

Так что можно предположить, что и у остальных бабочек эта бахрома служит для улучшения характеристик полета и для "сброса" электрического заряда, подобно щеткам в специальных приборах для снятия статического напряжения. Но точный ответ еще ждет своего исследователя. Буду рада, если среди читателей моего блога найдутся специалисты, которые смогут что-то добавить к моему ответу.

Второй вопрос, который мы сегодня разберем, передала мне Юлия от двухлетней Ксении:

Действительно, если мы поглядим на тельце бабочек, то увидим, что все они в той или иной мере покрыты волосками. Есть бабочки, у которых волоски почти незаметны, а есть настоящие красавицы, одетые в шубки. Не жарко ли им летом в такой теплой одежде?

Тело большинства ночных бабочек-совок покрыто густой "шерстью".
Фото с сайта MzePhotos.com

Нет, совсем не жарко. Как-то мы с вами уже ставили опыты, чтобы ответить на вопрос, греет ли шуба. Давайте повторим его?

Опыт 2. Греет ли шуба?
Берем шубу и два герметичных полиэтиленовых пакетика. Кладем в каждый из них по кусочку льда. Один пакетик заворачиваем в шубу. Другой оставляем на воздухе. И ждем минут 10-15, пока лед в том пакетике, который снаружи полностью растает. После этого разворачиваем шубу — оказывается тот лед, который хранился в ней, цел!

1. Куски льда до начала опыта

Значит, куску льда не только не было жарко внутри шубы, а было даже прохладнее, чем тому, который лежал "на улице". То есть шуба не греет сама по себе, она просто защищает то, что внутри нее, от действия температуры окружающего воздуха.

Бабочкам для того, чтобы взлететь, нужно иметь определенную температуру грудки — чтобы их мышцы могли обеспечить нужное число взмахов крыльев. Если они находятся на солнышке — это сделать очень просто, стоит лишь подставить тельце теплым лучам. Но если бабочка находится в тени или, вообще, ведет ночной образ жизни, то у нее возникнут проблемы с прогреванием. Поэтому она и носит шубку, чтобы все время быть теплой и не зависеть от температуры окружающей среды.
А кроме того, оказывается, шубка ей нужна, чтобы спасаться от своих врагов — летучих мышей. Ведь мыши во время охоты ориентируются по ультразвуковым волнам — неслышимому нами тонюсенькому писку. Отражаясь от стен и других предметов, ультразвуковые волны возвращаются назад, передавая мыши своеобразную картинку того, на что они наткнулись. И летучие мыши видят все вокруг словно на экране радара. Но если поверхность, на которую наткнулись звуковые волны, не гладкая, а мохнатая, то они отразятся от нее не точно назад, а рассеются в разные стороны. И летучая мышь запутается, куда же именно ей лететь и кого именно ей хватать.
Кстати, и на радаре стайки бабочек отображаются в виде большого расплывчатого пятна, тогда как целые тучи комаров на нем не видны совсем.

И третий, последний вопрос о бабочках, пришел ко мне от Натальи и ее дочки Мирославы. Мирослава спрашивает:

Наверное, каждой хозяйке знакома ситуация, когда на кухне в ящиках с сыпучими продуктами поселяются невзрачные серенькие бабочки с узкими крылышками. Это пищевая моль.

Пищевая моль питается всеми этими продуктами

Под этим названием объединяют несколько родственных видов бабочек-огнёвок. Сама по себе моль безвредна: живет всего лишь около двух недель, кусаться не умеет и ничего не ест — у нее даже рта нет. Но она откладывает малюсенькие, невидимые невооруженным глазом яички, из которых потом вылупляются прожорливые личинки. Одна моль откладывает за раз около 150 штук яичек. Вылупившиеся из них гусеницы, выглядящие как крохотные бледно-желтые червячки с темной головкой, способны перепортить все продукты в доме. Они едят сахар, крупы, сухари, сухофрукты, муку, орехи, даже чеснок, который хозяйки кладут в крупу, чтобы как раз защитить ее от этой моли. И ведь не только едят, а и оставляют в них продукты своей жизнедеятельности — экскременты и коконы. Согласитесь, очень неприятно (хотя и не смертельно) есть манную кашу, зная, что у нее внутри есть такая неаппетитная "начинка".
Если личинки моли появились в крупе, то избавиться от них уже практически невозможно. Но откуда же они там берутся, если крупа была запечатана, и бабочка моли не имела к ней доступа, чтобы отложить туда свои яички?
Очень просто — значит, эти яички были в крупе до того, как ее запечатали в пакет. Скорее всего, еще на складе, до того, как крупа попала в магазин, ее посетила моль и оставила в ней яйца. От откладки яичек до появления бабочек проходит от 20 до 190 дней (зависит от температуры воздуха). За это время крупу отвезли на завод, расфасовали в пакеты и отвезли в магазин. Люди купили и принесли домой пакетики с хранящимися в них яйцами и коконами моли, выглядящими как небольшие слипшиеся паутинные комочки. А когда пакеты распечатали, моль выбралась на волю.

Чтобы хорошо уяснить себе цикл развития бабочек, и пищевой моли в частности, я предлагаю выполнить следующее задание:

Есть несколько правил, которые лучше соблюдать, чтобы не купить зараженные молью продукты:

Покупать лучше всего продукты в запечатанных пакетах, а не из мешков "наразвес" — ведь в мешках крупа подолгу стоит открытая в магазине или складе, и вероятность того, что в нее попадет моль, значительно выше.
Перед покупкой надо внимательно осмотреть содержимое пакета на предмет сгустков, комочков и паутинок — если они есть, значит моль уже поселилась в продукте и его покупать не следует.
Когда покупаете крупу из цельных зерен, посмотрите на дно пакета — если там собралась труха, поврежденные кусочки зерен, какой-то мусор, значит, эту крупу уже начали грызть личинки моли, и ее покупать не надо.
Дома храните крупу только в герметически закрытых емкостях.
Если есть подозрение, что купленная вами крупа заражена, то ее можно либо прогреть в духовке при температуре 60-70 градусов около 20 минут, либо подержать в холодильнике при температуре -10 градусов несколько суток. В этих условиях яйца моли погибают.

Надеюсь, я смогла ответить на все вопросы 🙂
Другие занятия и поделки на тему "насекомые" можно посмотреть у меня тут: самодельная книжка про бабочку , Полевые наблюдения и ловушки на насекомых, "Какие муравьи полезны, а какие опасны", "Пруд на подоконнике", "Где зимует муха?", Насекомые из природного материала, Бабочки из осенних листьев, "Почему мухи не падают?", Игрушка-балансир "Бабочка", Насекомые из бисера.

В следующем выпуске "Клуба почемучек" я буду обвечать на вопрос Светланы и ее пятилетней дочки о том, почему песок бывает разный.

А чтобы я ответила и на ваши вопросы, вступайте в Клуб и задавайте их! Для этого надо: