Почему птицы машут крыльями перед посадкой, объяснили инженеры
Птицы могли бы приземляться почти без скорости, не взмахивая крыльями, однако для этого им пришлось бы разгоняться гораздо сильнее и преодолевать большое расстояние. К такому выводу пришли исследователи Манчестерского университета, построившие математическую модель посадки. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society A.
На первый взгляд кажется, что птицам выгоднее планировать перед приземлением: так они тратят меньше энергии, чем при активных взмахах крыльями. Но расчеты показали, что посадка без дополнительной работы крыльев требует слишком длинного и сложного маневра.
Например, голубю пришлось бы начинать снижение со скорости более чем вдвое выше обычной крейсерской, пролететь около 60 м по горизонтали и набрать примерно 20 м высоты. В реальных условиях у птиц часто просто нет такого пространства. Поэтому взмахи помогают им затормозить на коротком участке.
Почему нельзя просто замедлиться перед посадкой
При снижении скорости птица сталкивается с другой проблемой. Чем медленнее она летит, тем слабее воздушный поток обтекает крылья и тем меньше у нее возможностей управлять движением. Поэтому ей нужно не только погасить скорость, но и сохранить контроль над телом, чтобы точно попасть на выбранное место.
«Птицы могут создавать впечатление, будто посадка дается им легко, но безопасная остановка представляет собой серьезную физическую задачу. Посадка — это не просто замедление. Чем медленнее летит птица, тем меньше у нее аэродинамического контроля, поэтому ей приходится искать способ снизить скорость и при этом сохранить возможность безопасно маневрировать», — объяснил ведущий автор исследования Бен Парслью, преподаватель аэрокосмической инженерии Манчестерского университета.
Математическая модель помогла ученым рассчитать, как птица могла бы уменьшить скорость перед касанием поверхности, не теряя возможности управлять полетом. Она также позволила по-новому взглянуть на характерные маневры некоторых видов.
Зачем птицы пикируют перед посадкой
Некоторые птицы, например ястребы Харриса (Parabuteo unicinctus), также известные как пустынные канюки, перед тем как сесть на ветку, сначала снижаются ниже нее, а затем взмывают вверх. Ранее ученые предполагали, что такой маневр помогает им сократить время движения после сваливания — момента, когда крыло теряет способность эффективно создавать подъемную силу и управлять полетом.
Новая модель показала, что причина может быть сложнее. Птица одновременно стремится подлететь к насесту с небольшой скоростью и как можно меньше времени находиться в состоянии сваливания. По расчетам исследователей, скорость в момент касания может сильнее влиять на траекторию такого маневра, чем считалось раньше.
Как посадка могла повлиять на эволюцию птиц
Приземление на землю создает дополнительные трудности. В отличие от посадки на ветку, птица не может пролететь ниже цели или подняться вверх через точку касания. Если она не машет крыльями, полностью погасить скорость до соприкосновения с поверхностью не получается. Оставшуюся энергию приходится принимать на себя ногам, крыльям или обеим частям тела.
Для этого нужны достаточно крепкие кости и развитые мышцы, особенно в ногах. Но массивное тело хуже приспособлено к полету, поэтому птицам приходится соблюдать баланс между прочностью и малым весом.
Исследователи предполагают, что необходимость одновременно эффективно летать и безопасно приземляться могла повлиять на эволюцию птичьего скелета и мускулатуры. Те же физические закономерности, по их мнению, могут помочь объяснить, как без взмахов крыльев садятся и другие летающие животные.
Для инженеров это может быть полезно при разработке беспилотников и других летательных аппаратов. Птичьи маневры могут подсказать, как снизить скорость перед посадкой, не потеряв управляемость, особенно если площадка небольшая. Например, модель позволяет оценивать, какую траекторию должен пройти аппарат и с какой скоростью ему лучше подойти к точке посадки.
