Физика в мире животных: колибри и ее полет



    Колибри — небольшие по размеру птицы, которые живут и в Северной и в Южной Америке. Существует 330 видов колибри, причем подавляющее большинство — это ярко окрашенные птицы очень небольшого размера. Весят колибри всего лишь несколько граммов. Максимальный размер одного из видов колибри почти равен размеру обычного скворца. Самая маленькая колибри весит 2 грамма, длина ее тела всего лишь несколько сантиметров.

    Колибри примечательны не только размером. Дело в том, что эти птицы — мастера полета высокого класса. Они могут летать практически в любом направлении, зависать в воздухе, совершать вертикальный взлет и посадку. Зависать на месте могут и некоторые другие птицы, но колибри превосходят все прочие виды, останавливаясь на одном месте надолго и без видимых усилий.

    Во время «полета на месте» колибри приходится выписывать крыльями восьмерку. Благодаря этому птица держится в воздухе в вертикальном положении. Скорость взмахов крыльев колибри огромна — около 50-80 взмахов в секунду. Но и это не предел. Ухаживая за самкой самец одного из видов колибри делает более 200 взмахов за секунду. Разгон до максимальной скорости и мгновенная остановка у этих птиц происходит практически мгновенно, всего лишь за несколько секунд. Скорость небольшой птички достигает 50 км/ч, что действительно много для такого небольшого существа.

    По словам Дугласа Уоррика [Douglas Warrick] из университета Орегона (Oregon State University), колибри используют стиль полета, который является промежуточным между стилем птиц и стилем насекомых. В процессе полета эти животные получают около 25% подъемной силы от движения крыльев вверх и 75% от движения вниз. У насекомых дело обстоит несколько иначе: от движения крыльев вверх и вниз тело получает около 50% подъемной силы. У большинства птиц тело получает подъемную силу преимущественно от движения крыльев вниз.



    Кристофер Кларк [Christopher Clark] из Университета Калифорнии при помощи скоростной камеры запечатлел момент вхождения колибри в пике. Проведенные расчёты показали, что колибри развивают скорость в примерно 400 корпусов в секунду. Это больше, чем у включенного на форсаже реактивного истребителя или у шаттла, который входит в атмосферу Земли. Несмотря на скорость, колибри и тормозят практически мгновенно, о чем уже упоминалось. Так быстро останавливать движение могут очень немногие организмы, способные летать.

    Колибри превосходят в искусстве полета подавляющее большинство птиц. Да и структура тела, строение крыльев у них отличается от всех других пернатых. Для того, чтобы получить возможность так быстро махать крыльями, колибри должны иметь короткие и прямые кости плеча и предплечья. Кости крыльев — прочные и легкие благодаря тому, что они полые. Структура самого крыла очень жёсткая благодаря тому, что ряд суставов просто не двигается.



    Плечевые суставы гибкие. Благодаря этому они могут двигаться в любом направлении. Также они могут вращаться примерно на 180 градусов. Плюс ко всему, колибри могут менять угол крыла для изменения траектории движения. На это способно очень малое число видов птиц. Кроме костей, должны быть и мощные мышцы. У колибри масса мышц крыльев составляют около 40% всей массы тела.

    Для обеспечения мышц кислородом во время работы нужен еще и кислород. Его колибри получают благодаря развитой дыхательной системе, которая включает 9 воздушных мешков. Они составляют с легкими единую систему. Во время движения мышцы выталкивают воздух из этих мешочков, благодаря чему легкие получают дополнительные порции кислорода.

    Обеспечить весь организм кислородом — непростая задача. Но с ней справляется большое сердце, занимающее примерно половину тела птицы. Оно прокачивает кровь, обеспечивая приток кислорода ко всем тканям и органам колибри. Частота сердечного ритма в случае колибри — 500 ударов в минуту в состоянии покоя. Во время полета пульс птицы ускоряется вплоть до 1200 ударов в минуту. Дыхание тоже очень быстрое — вплоть до 600 циклов вдох-выдох за минуту.



    Для такой активной работы нужны и питательные вещества. Большинство колибри получает достаточное количество энергии из нектара — очень калорийного вещества, которое практически моментально перерабатываются пищеварительной системой птицы. За день ряд видов некрупных колибри, которые питаются нектаром, потребляют в два раза больше пищи, чем весят сами. Практически вся энергия расходуется на полет. В активном состоянии тело колибри нагревается до примерно 42 °С. Ночью же температура падает до 15-22°С. Очень немногие теплокровные животные способны выжить при такой резкой смене температуры тела.

    Для добычи нужного количества пищи колибри используют свой длинный клюв, способный проникнуть глубоко в чашечку цветка. Некоторые виды колибри поступают еще оригинальнее, прокалывая клювом основание цветка, если не могут добраться до нектара обычным способом. Для добычи нектара используется и длинный язык, имеющий специальную форму. Эта форма помогает нектару оставаться на языке в то время, когда колибри решили подкрепиться.



    Нектар захватывается языком и благодаря форме языка поступает прямо в горло. Чтобы обеспечить свой организм достаточным количеством энергии, ряд видов колибри должны питаться очень часто — каждые 10-20 минут. Летать птицы могут и под дождем — это необходимо для их выживания. Если бы колибри не могли летать под дождем, это поставило бы под угрозу выживание ряда видов.

    Удивляют колибри еще и тем, что способны перелетать на очень большие расстояния. Например, рубиновогорлый колибри на зимовку перелетает из Канады в Мексику и Панаму. Расстояние перелета составляет 5000 километров. Средняя скорость полета — около 50 километров в час. Далеко не все крупные птицы способны выдержать такой длительный и изнурительный перелет, не говоря уже о мелких птичках.

    Ученые утверждают, что колибри просто созданы для полета. Вряд ли будет преувеличением сказать, что колибри являются лучшими летунами в мире.
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 38

      0
      Птичка, конечно, интересная
      Но способность мгновенно разгоняться и тормозить не очень удивительна — с такой массой тела инерции почти нет
      Плюс к этому внутренние органы не сильно давят друг на друга при перегрузках, и способны выдержать намного бОльшие ускорения, чем организмы покрупнее
        0
        40% от массы птицы составляет мышцы крыла и 50% сердце. Всего 10% на все остальное? Кстати, у колибри количество перышек самое большое среди всех птиц.
          0
          Не так. До 40% массы мышцы крыла, до 50% ОБЪЕМА тела занимает сердце. Но относительная масса сердца из того что я смог нагуглить составляет около 2,4 — 2,85 % массы птички. Что всё равно самое высокое значение по крайней мере среди птиц. У колибри ещё и мозг много весит — по разным данным разбежка от 3,5 — до 8 % массы тела(в рускоязычных ресурсах пишут до 1/12 массы, хотя мне кажется это уже слижком :) — зачем птичке такой тяжелый мозг? ).
            0
            8 * 12 = 96, почти 100
            То есть 1/12 — это как раз примерно 8% и будет
              0
              Я про это и пишу. В англоязычных источниках видел цифру 3,5%, а в рускоязычном 1/12 ~ 8%, что мне кажется СЛИЖКОМ много. Поэтому и уточнил что в разных источниках разные цифры.
                0
                По вашему тексту я понял что «слишком» относится только к русскоязычным ресурсам
                И интересно, почему вы так выделяете вариант «слижком», ведь слово «слишком» происходит от «с лишком», т.е. «с лишним» (другая фраза с этим словом — «лишка взяли»)
        +2
        [i]«Для обеспечения мышц кислородом во время работы нужен еще и кислород.»[/i]

        Что-то с этим предложением не так.
        А за статью спасибо.
          +1
          Ну как, всё правильно — диафрагма и лёгкие, которые качают воздух, а также сердце и кровеносные сосуды, которые снабжают кислородом организм, точно так же кислород потребляют :)
          Бензовозы тоже ведь без топлива в их баке не смогут отъехать даже на метр
            0
            Имелась в виду не семантическая, а стилистическая составляющая.

            Рекомендую к просмотру на ютубе 10к+ фпс съемки полета калибри, пронаблюдать воочию, так сказать, их пируэты.
          +1
          «Колибри превосходят в искусстве полета подавляющее большинство птиц. „
          интерестно, а каких все таки не превосходят?
            +1
            Некоторые морские птицы могут находиться в воздухе сутками.
            Сокол сапсан обладает мировым рекордом абсолютной скорости.
            Пингвин умеет летать в воде (хотя не умеет в воздухе).
            Можно еще накопать.
              0
              Некоторые стрижи проводят в воздухе около года без посадки. Едят, гадят, ипутся, спят
                +1
                Стрижи кстати относительно близкие родственники колибри. Совпадение?
                  0
                  Зарегистрировано только 200 дней без посадки в году, а не год без посадки. Причем не факт, что непрерывно.
                  Стрижи, действительно, умеют спать прямо в воздухе во время полета.
                  Еще они совершают беспосадочные перелеты в несколько тысяч км.
                  Им же принадлежит абсолютный рекорд скорости горизонтального полета (сапсан быстрее, но развивает свою рекордную скорость только в пикировании).
                  0
                  Какие-то гуси могут подниматься на высоту до 6000 метров, и в сезонных перелетах перелетают Гималаи почти как рейсовые самолеты, в то время как журавли, летящие тем же маршрутом, вынуждены петлять долинами и подвергаться опасности со стороны хищников.
                  +6
                  Ученые утверждают, что колибри просто созданы для полета.

                  А дырки на шкурке у кошки как раз в тех местах, где у неё глазки)

                  И ещё неясно — «масса мышц крыльев 40%», и «сердце занимает половину тела» — где-то здесь явное преувеличение.
                  Кстати, яйца колибри размером с фасолину примерно.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      +3
                      Сердце состоит из мышц почти полностью. По весу
                        0
                        Сердце после внутри ;-)
                          0
                          Полое вы хотели сказать?
                            0
                            Да, спасибо большое, не уследил за автокоррекцией, а исправить с телефона не могу.
                      0
                      При всей своей «няшности» колибри не очень то эффективны в плане КПД, те же навозные либо майские жуки намного приспособленнее, ну там правда миллионы лет эволюции.
                        +1
                        эффективны к чему — потуссить между цветочками в тропиках попивая порой чуть забродивший нектарчек ?:)
                        +7
                        Это летающее сердце то ли ест, чтобы жить, то ли живёт, чтобы есть…
                          +3

                          Как и все мы, впрочем.

                            0
                            Смотря с какой точки зрения смотреть. С точки зрения цветочных клещей живёт, чтобы обеспечивать их воздушным транспортом
                              0
                              Потрясающе. Вроде бы живу в скучном мире, а вот если присмотреться…
                            0
                            Еще, некоторые виды колибри примечательны способом, который они используют для подачи звуковых сигналов в брачный период. Самцы пикируют на высокой скорости, в момент максимальной — растопыривают перья хвоста определенным образом, от чего они начинают вибрировать и издавать очень громкий звук высокой частоты.
                            Что касается способности к извлечению энергии — некоторые виды в состоянии переживать ночи с температурой воздуха до -10ºC, это наблюдается зимой в Британской Колумбии, Вашингтоне и Орегоне.
                              0
                              А ещё шмели очень быстро могут нагреться, чтоб раньше всех насекомых с утра собирать нектар.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                –2
                                Колибри это маленькие реактивные двигатели )) если не ракетные.
                                огромное потребление энергии.
                                Все как у дронов есть долголеты а есть рейсеры.
                                отличаются размером винтов 17" против 5" временем полёта и у рейсера токи могут быть запросто за 80 А.
                                при 15 Вольтах.
                                А среди насекомых лучше всех летает стрекоза?
                                манёвренность скорость и проче.
                                  +1
                                  Было желание попетросянить по поводу реактивной струи из задней части животного
                                  Но потом вспомнил — а ведь на земле есть организмы, которые передвигаются как раз с помощью реактивного движения!
                                  Не помню правда что за животные, какие-то моллюски — всасывают в себя воду и резко выбрасывают её назад, за счёт чего сами отлетают (вернее, отплывают) вперёд
                                    0
                                    Вроде бы, так делает наутилус.
                                      0
                                      Реактивные моллюски — это все головоногие: кальмары, каракатицы, уже упомянутый наутилус и т.д… Также есть среди двустворчатых — морские гребешки.
                                      Еще реактивные у нас медузы и личинка стрекозы коромысла.
                                        0
                                        Медузы тоже реактивные?
                                        Сколько их видел (вживую и на экране) — всегда казалось, что они своим зонтиком от воды отталкиваются, а это, думаю, ближе к рыбьим плавникам или птичьим крыльям, чем к реактивному движению
                                          0
                                          Не скажу за всех, но многие медузы набирают воду в полость колокола, и, сокращаясь, быстро выталкивают ее наружу. Получается реактивное движение.
                                          http://www.origins.org.ua/page.php?id_story=1775
                                    +1
                                    Два факта о колибри, почёрпнутые мной путём длительных наблюдений за кормушкой для них.

                                    1. Колибри очень любят забродивший сироп.
                                    2. За забродивший сироп колибри готовы убить. В прямом смысле.
                                      0
                                      Я предполагаю, что это может быть связанно с тем, что у забродившего сиропа выше калорийность, по сравнению с не забродившим. По-моему многие животные испытывают тягу к забродившей еде.

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое