Физика в мире животных: тукан и его клюв



    Даже те люди, кто совсем не ориентируется в видах птиц, и не знает, какая птица как выглядит, без труда узнают представителя семейства тукановых. Живут туканы в равнинных и горных тропических лесах Северной и Южной Америки, обычно в дуплах деревьев. У большинства птиц этого семейства непропорционально большой клюв. Обычно он очень ярко окрашен.

    Клюв тукановых достигает примерно половины длины тела птицы. Выглядит этот «инструмент» очень тяжелым и неудобным, но на самом деле это не так. Внутри огромного клюва много пневматических полостей, поэтому он легкий. Но клюв тукана не только легкий, но еще и очень крепкий. Этот настоящее чудо природы, один из лучших инженерных «проектов» в мире животных.

    Такой клюв выглядит даже немного угрожающе. Но сама птица никакой угрозы ни для кого не представляет (разве что для зверя, напавшего на птенцов). Туканы — растительноядные птицы, которые питаются ягодами и фруктами. Большой клюв нужен тукану для того, чтобы срывать плоды с тонких веток, которые вес птицы не выдержат. Благодаря длинному клюву тукан может дотянуться до плода, который висит недосягаемо далеко для большинства других растительноядных птиц. Туканы занимаются еще и тем, что перебрасываются ягодами — и здесь большой и цепкий клюв приходится как нельзя кстати.

    Для того, чтобы плоды было легче удерживать и вскрывать, на конце клюва расположены зазубрины. Помогает в этой «работе» и длинный и липкий язык. Ряд специалистов полагает, что большой и яркий клюв тукана помогает ему находить сородичей, заявляя о собственном присутствии.

    Когда человек видит тукана, чаще всего возникает вопрос о том, как же эта птица спит. Как вообще можно спать с таким клювом? Ответ прост. Отдыхает птица в глубоком дупле, закину клюв на спину. Помещается он там идеально. Хвост складывается на груди, и большой тукан превращается в средних размеров пернатый шарик.

    Конструкция клюва


    Как уже говорилось выше, клюв тукана вовсе не так тяжел, как это могло бы показаться. Клюв очень прочный, но он создан из легкого материала с большим количеством пневматических полостей. Изучением клюва тукана занимаются не только орнитологи, но также и ученые других специальностей, например, материаловеды. Лучше всех клюв изучил Марк Андрэ Мейерс [Marc A. Meyers], специалист по материаловедению из Калифорнийского университета.

    Он обнаружил, что верхняя часть клюва состоит из костной ткани и мембран. Нечто подобное можно было бы создать из пены, которая умеет быстро застывать. Эта костная «пена» расположена между внешними слоями кератина. Это вещество, к примеру, входит в состав наших ногтей. «Пенообразная» структура клюва тукана обеспечивает его прочность и легкость. Внешний слой костной ткани представляет собой набор большого количества слоев небольших шестиугольных плиток. Ширина плитки составляет около 50 мкм, а толщина — около 1 мкм. Костный материал закрыт сверху кератиновыми чешуйками, скрепленными вместе.


    Поверхность клюва тукана покрыта несколькими слоями кератиновых пластин

    Специалист по материаловедению Марк Мейерс провел компьютерное моделирование, и выяснил, что конструкция клюва тукана является почти идеальной. «Это как если бы тукан владел глубокими познаниями в сфере машиностроения», — говорит Майерс. «Большим сюрпризом является еще и то, что двухслойная структура клюва создает систему поглощения энергии удара высокой эффективности». Структура клюва немного напоминает внутреннюю структуру костей человека. Но в костях нет той «костной пены», которая есть в клюве птицы.



    Недавно также выяснилось, что клюв тукана помогает птице регулировать температуру своего тела. Он действует по принципу автомобильного радиатора. Когда становится жарко, клюв тукана очень быстро нагревается, принимая на себя тепло тела. Избыточная тепловая энергия затем рассеивается в воздухе.

    В клюве туканов большое количество кровеносных сосудов. Используя особый механизм, птица может увеличивать или ограничивать приток крови. В результате в жару тело птицы охлаждается, а когда становится холодно — тепло тела сохраняется.


    Изучив особенности строения клюва туканов, специалисты занялись разработкой прочных и легких материалов со структурой, похожей на структуру клюва тукана. Такие материалы можно будет с успехом применять в промышленности. Например, сделать эффективный и надежный бампер для автомобиля или легкую и прочную деталь для самолета.

    Изучение особенностей строения клюва туканов еще продолжается. И кто знает, возможно, ученые смогут раскрыть еще не один секрет этого чудесного инструмента.
    Поделиться публикацией
    Комментарии 45
      +6
      Да! Обожаю туканов! Спасибо за статью!
        +10
        «Пневматические полости»? Гуглтранслейт?
        Это ещё что. В свежем переводе" Красного марса" чего только не начитался, первое место у «полупроход»
          +3
          А как вам «голый проводник бежал по вагонеткой» (оголённый провод был проложен под вагоном) или «перамбулятор в женщиной-водителем» (женщина с детской коляской)?
          Если интересны ошибки переводчиков, есть старая статейка «Его звали Пауль» от переводчика книги Дюна Ф.Герберта. Начинается статья с заметок об ошибках именно в переводах Дюны (классический — выпуклый шар) и заканчивается вот такими вот примерами, как я привёл в начале :)
            +1
            «Голый проводник» — это классика, а вот «полупроход» — современные надмозги
            +1
            https://www.google.com/search?q=«пневматическая+полость»

            Эти полости служат для амортизации ударов, и дальше по тексту говорится о том, что клюв способен поглощать энергию удара с высокой эффективностью.
              +3
              А вы сами то посмотрели выдачу по этому запросу? Ну так смотрите: «Результатов: примерно 705 (0,22 сек.) », 90% из машиностроения, остальное — такая же копипаста из гуглотранслейт, без применения головного мозга.

              Зато вот «воздушная полость», выдает на порядки больше ссылок, в том числе и статьи о строении клюва туканов
                0
                А это выложенная в сеть копия серьёзной книжки или «копипаста из гуглотранслейт» (кстати, вы почему-то не склоняете слова)? http://yamedik.org/?p=16&c=gospitalnaya_hirurgiya/lor_ped_4ist

                Маркс — инженер-эколог, который окончил аспирантуру. Я думаю, в строении клюва птиц он разбирается.
                  +1
                  Да, и это тоже гуглотранслейт. До аспирантуры во втором меде я не доучился, но в учебниках по физиологии — эти образования называют «воздушными» или «воздухоносными» а не «пневматическими».

                  И гугль найдет вам что угодно, даже то, что Путин инопланетный шпион. Только это не значит, что все так и есть на самом деле, отсеиванием ментального мусора гугль не занимается. Но индекс цитирования — тонко намекает.

                  Что касается «склонений», то когда по сути сказать больше нечего — начинают докапываться до запятых. Полагаю, что вы и для «полупрохода» найдете оправдание :) Процитировать тот абзац? :) :)
                    +1
                    в учебниках по физиологии — эти образования называют «воздушными» или «воздухоносными» а не «пневматическими».
                    http://www.vetlib.ru/anatomie/page,33,33-lekcii-po-morfologii-citologiya-gistologiya.html
                    http://www.activestudy.info/skelet-domashnix-ptic/

                    В общем, я уже убедился, что этот термин общеупотребителен. Ничего про «воздушные полости» не скажу, но здесь употребление «пневматические» оправдано.
                      0
                      Обалденно авторитетные ресурсы! У вас осталось примерно 700 статей.
                        0

                        Клянусь, что как минимум один из них создан примерно таким же способом. Цитата:


                        Коракоиды, т. е. третьи парные кости плечевого пояса, мощные, удлиненные. В плечевой пояс также входят сросшиеся ключицы (от лат. furula — «вилочки, или дужки»)

                        Вообще-то furcula, а не furula. А главное, русское слово "ключица" ничего общего с латинской фуркулой не имеет. А вот английский термин как раз furcula.

                    +1
                    Вот ещё упоминание «пневматических полостей» http://ours-nature.ru/b/book/16/page/1-biologicheskie-osobennosti-golubey/107-organi-dihaniya
                      0
                      Вы можете процитировать здесь все 705 (семьсот пять) статей, где находится это сочетание слов. Только это не изменит того факта, что такие полости в костной ткани называются «воздушными» или «воздухоносными»

                      Ну и, что бы два раза не вставать
                      Ким Стэнли Робинсон, Red Mars
                      «pencil-shaped gondola extended most of the length of the underside, but it was smaller inside than Nadia had expected, because much of it was temporarily filled with their cargo of windmills; at takeoff their clear space consisted of nothing more than the cockpit, two narrow beds, a tiny kitchen, an even smaller toilet, and the crawlspace necessary to move among these. It was pretty tight, but happily both sides of the gondola were walled with windows, and though somewhat blocked by windmills these still gave them a lot of light, and good visibility.»
                      Напмозг:
                      «Гондола, имевшая форму карандаша, тянулась вдоль почти всей нижней поверхности, но внутри нее места было меньше, чем ожидала Надя, так как большая ее часть была заполнена их грузом — ветряными мельницами. Во время отбытия свободное пространство было не больше, чем в кабине пилота: две узкие кровати, крохотная кухня, еще меньший туалет и полупроход между ними. Было весьма тесно, но. к счастью, в обеих стенах гондолы имелись окна и, несмотря на то что некоторые из них были закрыты мельницами, они получали достаточно света и неплохой обзор.»

                      Полупроход — доставляет
                +6
                сделать удароустойчивый бампер для автомобиля

                Вообще, бампер как раз должен сминаться, поглащая энергию удара (название как бы намекает). Его и сейчас можно из стали сделать, но лучше он от этого не станет. Видимо, имелось ввиду что-то другое.
                  0
                  Его и сейчас можно из стали сделать, но лучше он от этого не станет.

                  Владельцы подготовленных рамных джипов с вами не согласятся =)
                    0
                    Владелец кованого бампера тем более. Стоит у друга на УАЗике. Деревенский кузнец сделал временную замену — ну и понятно.
                      +8
                      При пустой голове можно хоть бетонный бампер делать, подумаешь, при ударе об столб двигатель с рамы сорвёт по инерции.
                        0
                        Кажись у подготовленных джипов бампер как раз нужен твердый и прочный. Там не те скорости, чтобы гасить лобовые удары. Он скорее для толкания веток, деревьев, грязи, камней и защиты двигателя и корпуса от повреждений. К тому же это место для крепления лебедки. А вот для обычных машин, бампер, как сказали ниже, это больше для уменьшения удара пешеходу. При лобовом, тонкий кусок пластика много энергии не поглотит.
                          0
                          Насчет джипов — правы абсолютно. На них нечасто катаются по общим дорогам, а скорость обычно весьма невелика.
                          Насчет «удара пешеходу» — согласно Соколову В. А. («Множественные и сочетанные травмы») основной травматизм у пешехода не первичный, а вторичный (т.е. не от удара пешехода об машину, а от последующего падения пешехода и ударов об асфальт/столб/проезжающую рядом машину и т.д.
                          Так что в современных авто бампер делается, насколько я знаю, именно для того, чтобы смяться при столкновении. Много энергии не поглотит, но в целом безопасность сейчас сделана так, чтобы двигатель не уехал в салон
                      +1
                      В статье как раз сказано, что клюв эффективно поглощает энергию удара. Но, как видно, не ломается. Отличный бампер получится.
                        0
                        То, что работает на килограммовых «курицах», не обязательно будет работать у слона.
                          0
                          Современный бампер должен не только поглощать энергию удара, но и пешехода оставить в живых при наезде. В современных автомобилях бампер, чисто эстетическая составляющая и разлетается даже при малейшем повреждении.
                            0
                            Или у меня парсер сегодня сломался, или фразы о «должен не только...» и «чисто эстетическая» взаимоисключающие?
                              +2
                              Мне кажется вы путаете облицовку бампера(то что «в народе» называют «бампер»), и непосредственно бампер(кажется на зубиле это называется «ударопоглощающий демпфер бампера», по крайней мере сзади). Облицовка — это обычный тонкий пластик, скрывающий то что на старых авто обычно радовало глаз «хромом», а пешехода тяжёлыми переломами :). А силовой элемент уже непосредственно выполняет функцию поглощения удара(непосредственно, или передачей энергии на специальные деформирующиеся конструкции). Где-то видел конструкцию типа амортизатора(внешне, что внутри я не интересовался, возможно стальная гармошка вроде сот), на который передавалась энергия со стальной балки бампера. На зубиле(сзади) у меня была пластиковая балка с ячеистой структурой, которая разрушаясь поглощала часть энергии от удара. Так что слегка покоцанную облицовку мне в своё время даже сохранили, а поменяли только демпфер, который разрушился со сторону в которую меня догнали.
                              А о защите пешехода в большей степени заботятся увеличением радиуса стыков и кузовных панелей, хотя мягкая облицовка тоже способна внести свою лепту в снижение травмоопасности авто для пешехода.
                              0
                              То есть бампер при ударе невредимым войдет в кузов. Ну хоть новый потом не покупать.
                              Одним бампером тут не обойтись. Надо весь кузов соответствующим создавать.
                              0
                              Для полной аналогии можно ещё совместить бампер с радиатором.
                              Не знаю зачем, правда.
                              +3
                              После прочтения статьи захотелось посмотреть как же он все таки спит, нашел пару картинок — думаю можно в статью добавить.

                              http://www.origins.org.ua/pictures/photo_tukan_10.jpg

                              https://img-fotki.yandex.ru/get/4200/e675xa.6b/0_420dd_7e755342_L
                                0
                                Почеши $7-10k.

                                  0
                                  Интересно, а не может ли нашей птичке быть так хорошо потому что владелец, возможно сам того не сознавая, стимулирует эрогенные зоны, которые по идее должны стимулироваться только представителем противоположного пола как интимные ласки?
                                    –1
                                    Asking the right questions.
                                      –1
                                      Mom's spaghetti
                                      0
                                      Вы не поверите какие зоны головного мозга активны у человека, когда, например, ему нравится какой-то предмет. Всего лишь предмет, а не живое что-то. Гаджеты, одежда, любимая чашка для кофе итд :)
                                        0
                                        И какие? И почему не поверю?
                                        +1
                                        В общем случае зоны, которые он ему чешет — это как раз те, которые может ему почесать только другая птица, либо партнер либо другой член стаи. Возможно это и связано с половым поведением.
                                          0
                                          Кошки, например, любят когда им чешут зоны, до которых они сами не дотягиваются. С половым поведением это никак не связано.
                                            0
                                            А я и не сказал, что точно связано. Я сказал ВОЗМОЖНО. Плюс у птиц в плане прикосновений все несколько осложняется защитой пера.
                                          0
                                          а какие животные не любят когда им что-то чешут? по своему опыту и прочтению Дарела (про то как броненосцам нравится когда им чешут живот) мне кажется, что это любят все.
                                            0
                                            Та в общем и человек недалеко ушел в плане почесух =D
                                        0
                                        > сделать удароустойчивый бампер для автомобиля

                                        Вы шутите, бампер специально сделан мягким и потдатливым, чтоб с меньшей вероятностью ломать кости пешеходам.
                                          0
                                          Смотря кому какой бампер нужен. Для внедорожников, грузовиков, легкий и прочный бампер только в плюс.
                                            0
                                            Для внедорожников и грузовиков, не появляющихся там, где может быть пешеход.
                                              +1

                                              Мне кажется, где-то я это обсуждение уже видел...

                                                0
                                                Для внедорожников — актуален кенгурятник, и для пешеходов он безопасен и безтравматичен, благодаря тому что удар мягко размазывается по большой площади. (от удара кенгурятником — я улетел на несколько метров и ничего себе не сломал)
                                              0
                                              Выше уже написал, продублирую
                                              Насчет «удара пешеходу» — согласно Соколову В. А. («Множественные и сочетанные травмы») основной травматизм у пешехода не первичный, а вторичный (т.е. не от удара пешехода об машину, а от последующего падения пешехода и ударов об асфальт/столб/проезжающую рядом машину и т.д.
                                              0
                                              Спровоцированный статьёй, полез почитать про туканов. Больше все поражён тем, что тукан — это дятел.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое