Что чувствует птица при полете

Секреты машущего полета птиц

Особенности полета птиц

Машущий полёт птиц поражает своей энергетической эффективностью. Белый сокол, при весе 1.6 кг, поднимает в воздух добычу весом 5 кг, т.е. более чем в три раза превышающую его собственный вес. Какому самолёту по силам такое? Бурокрылые ржанки, имеющие средний размах крыльев всего 34 см, при своих сезонных миграциях совершают беспосадочный перелёт, со скоростью около 90 км/ч, от Алеутских до Гавайских островов – на 3300 км. Чтобы оценить это, следует сравнивать птиц не с реактивными самолётами, а с винтомоторными – которые, как и птицы, “отталкиваются от воздуха”. Винтомоторный самолёт тоже пролетает 3000 км на одной заправке, но размеры такого самолёта превышают размеры ржанки, как минимум, в 30 раз. Значит, у ржанки во столько же раз больше относительная дальность полёта “на одной заправке”!

При всей заманчивости технического применения принципов машущего полёта птиц, эти принципы до сих пор непонятны науке, по которой выходит, что птичий полёт – это какое-то недоразумение Природы. Безуспешно пытаясь не только проимитировать птичий полёт, но и понять, как он вообще возможен в согласии с догмами аэродинамики, наука строит свои прожорливые и привередливые самолёты, у которых крылья создают подъёмную силу, но не являются движителями. Между тем, машущие крылья птиц изящно совмещают обе эти функции на основе инженерного решения, ошеломляющего своей простотой.

Как же можно “отталкиваться от воздуха” с помощью этих движений? Казалось бы, отброс воздуха назад при машущих движениях крыльев вверх-вниз легко достижим при соответствующих углах атаки. В самом деле, при махе вверх крыльями с положительным углом атаки, воздух бы отбрасывался назад, и возникала бы реактивная сила, которая толкала бы птицу вперёд. Но, при махе вниз теми же самыми крыльями, аналогичная реактивная сила толкала бы птицу уже не вперёд, а назад. Тут бы сделать отрицательный угол атаки – но тогда стала бы отрицательной подъёмная сила! Как можно видеть, при варьировании угла атаки машущих крыльев с целью создания тяги, практически невозможно добиться ровного и устойчивого горизонтального полёта. Сегодня, благодаря создателям телесериалов о живой природе, имеется возможность наблюдать подробности машущих движений крыльев у разных птиц, совершающих прямолинейный горизонтальный полёт в оптимальном силовом режиме. Так вот, действительно: на протяжении машущего цикла никаких изменений угла атаки не просматривается. Кстати, биологи подтвердят, что у птиц попросту нет мышц, которые могли бы выворачивать крылья для изменения угла атаки: грудная мышца производит мах вниз, а подключичная плюс помогающая ей большая дельтовидная – мах вверх. Птица может активно выворачивать лишь оконечности крыльев – причём, в ограниченных пределах; и требуется это для руления (у самолётов аналогично работают элероны). А, чтобы изменить угол атаки, например, увеличить его для торможения в воздухе, птицам приходится изменять положение всего корпуса, “задирая нос”. Впрочем, имеет место и небольшое пассивное изменение эффективного угла атаки – благодаря гибкости маховых перьев. В этой-то гибкости маховых перьев и заключается, на наш взгляд, секрет создания тяги машущими движениями крыльев.

Источник

Спят ли птицы на лету?

Но среди пернатых есть такие, которые совершают очень долгие перелёты и вообще чувствуют себя в воздухе лучше, чем на земле. Это, например, стрижи. Перелётные виды стрижей мигрируют на тысячи и тысячи километров. На земле их можно увидеть только тогда, когда они высиживают яйца. Стрижиные лапки так коротки, что ходить по земле они не могут.

Несколько лет назад исследователи из Швейцарского орнитологического института, желая узнать больше о поведении этих птиц во время перелётов, прикрепили к нескольким белобрюхим стрижам специальные датчики, которые записывали все перемещения пернатых и при этом были достаточно маленькими и лёгкими, чтобы никак их не стеснять. Оказалось, что во время зимовки стрижи вообще не садятся на землю. Более двухсот дней они безостановочно летают над Западной Африкой и вряд ли всё это время проводят без сна.

Другой пример длительного беспосадочного перелёта демонстрируют большие фрегаты. Вся их жизнь связана с морем и побережьем, однако плавать и нырять они не умеют. Рыбу фрегаты выхватывают с поверхности воды, следуя за водными хищниками, гоняющими косяки рыб, и за течениями, выносящими что-нибудь съедобное из морских глубин.

Летом нынешнего года в журнале «Science» была опубликована статья, авторы которой утверждали, что фрегаты способны провести в воздухе без посадки два месяца. Энергии они тратят мало: пользуясь восходящими потоками воздуха, птицы поднимаются на высоту до 4 км и оттуда медленно, в течение нескольких часов, снижаются. Скорее всего, им удаётся вздремнуть во время парения, но, чтобы убедиться в этом со всей определённостью, а не по косвенным свидетельствам, нужно регистрировать сигналы активности мозга у летящей птицы.

Подобный, казалось бы, невозможный эксперимент всё-таки удалось провести. Исследователи из Орнитологического института Общества Макса Планка и Цюрихского университета разработали устройство, регистрирующее электрические ритмы мозга фрегата, положение его головы, манеру полёта (планирует птица или машет крыльями), скорость и направление движения. Прибор сделали небольшим, чтобы можно было надеть его на голову птицы, не причиняя ей беспокойства. Для эксперимента отобрали пятнадцать взрослых самок с Галапагосских островов, которым как раз пришла пора выкармливать птенцов. В течение нескольких дней птицы кормились над океаном (расстояние, которое они в сумме покрыли за это время, составило около 3000 км), а потом возвращались на берег, где их снова ловили и снимали с головы устройство слежения с записанными данными.

Что же это за данные? Как мы помним, сон состоит из двух продолжительных фаз, отличающихся не только по электрической активности мозга, но и по общей физиологии: медленной, которая сама по себе распадается на несколько стадий, и быстрой, или REM-фазы (от английского выражения «rapid eye movements» — быстрые движения глаз). В быстрой фазе сна, в отличие от медленной, глаза начинают двигаться под веками, меняется дыхание и частота сердечных сокращений, а мозговые ритмы выглядят так, будто мозг бодрствует. В статье в «Nature Communications», опубликованной в августе нынешнего года, говорилось, что днём фрегаты не спали, а вот с наступлением ночи в их мозге появлялись ритмы медленного сна. «Сонные» ритмы у птиц возникали большей частью только в одном полушарии, но порой «засыпали» оба полушария одновременно.

Однополушарный сон, когда полушария спят по очереди, — не такая уж редкость. Так спят некоторые водные млекопитающие (тюлени, дельфины, ламантины) и некоторые птицы. Та часть мозга, которая бодрствует, помогает плыть, если это водный зверь, или просто следит за тем, что происходит вокруг. Например, в птичьей стае особи, которые находятся с краю, во время сна держат один глаз открытым, чтобы вовремя заметить приближающегося хищника (понятно, что именно бодрствующее полушарие связано с открытым глазом). Какое-то подобие однополушарного сна есть и у людей (см. «Наука и жизнь» № 8, 2016 г., статья «Сон на новом месте») — он включается, когда нам приходится спать на новом месте. Правда, в отличие от животных, полушария мозга человека не сменяют друг друга «на посту», то есть бодрствующее полушарие бодрствует до самого утра.

Над океаном фрегаты могут не бояться хищников, однако им нужно поддерживать правильное направление полёта. Поднимаясь по спирали на восходящих потоках воздуха, они держат открытым тот глаз, который смотрит в направлении поворота. Соответственно распределяются и обязанности полушарий: какому сейчас спать, а какому — нет. Довольно редко медленный сон сменяется у фрегатов быстрым, который длится всего несколько секунд.

Быстрый сон у млекопитающих и у птиц разный. У зверей он длится от нескольких минут до нескольких десятков минут и сопровождается полным расслаблением мышц. У пернатых быстрый сон намного короче, и при этом они каким-то образом сохраняют тонус в некоторых мышцах. Например, несмотря на быстрый сон, птицы могут продолжать стоять на одной ноге. Фрегаты во время быстрого сна хотя и роняли голову вниз, но не сбивались с курса. В сумме, однако, фрегаты спят на лету мало, всего 42 минуты в сутки, тогда как на земле они тратят на сон иногда по 20 часов. Периоды «земного сна» у фрегатов длятся дольше, а сам сон делается глубже, чем в воздухе, — вероятно, всё-таки сказывается хроническая нехватка сна во время полёта. Вполне возможно, что и другие птицы, проводящие в полёте по несколько дней, спят таким же образом — по чуть-чуть — и выключают полушария по отдельности.

Источник

Как птицы узнают о времени перелета? И находят дорогу?

Перелеты птиц поражали воображение человека с незапамятных времен. Знаете ли вы, что об этом писал Гомер за 1000 лет до нашей эры, что об этом упоминается в Библии, что этот вопрос изучал великий древнегреческий философ Аристотель?

И тем не менее спустя многие тысячи лет мы все еще не можем полностью ответить на вопрос об этом поразительном явлении — перелетах птиц. Под перелетами мы подразумеваем передвижение птиц на юг осенью и на север весной, их перемещение с равнин на высокогорье или из глубины материка на морское побережье.

Мы довольно неплохо представляем, почему птицы перелетают. Например, они перебираются в теплые края, потому что многие из них не могут выжить в зимних условиях. Те птицы, которые питаются насекомыми определенных видов или мелкими грызунами, не могут найти себе пищу зимой. Как ни странно, температура сама» по себе не является причиной перелетов. Знаете ли вы, что, к примеру, ваша канарейка способна, выжить на морозе до -45° С, если у нее будет достаточно пищи?

Каковы бы ни были причины перелетов (а их много), откуда птицы узнают, что им пора отправляться в свой длительный перелет? Известно, что они улетают каждый год в одно и то же время, когда происходит смена времен года. А что является самым верным, безошибочным признаком такой смены? Продолжительность дня! Считается, что птицы могут определить, когда дни становятся короче (или длиннее — весной), и это-то и служит им сигналом для начала перелета!

Поскольку птицы размножаются в летнее время, это тоже связано с перелетами. Только в этом случае речь идет о перелете на север. Определенные железы в организме птицы начинают вырабатывать вещества, связанные с размножением. Это происходит весной. Птица ощущает потребность к размножению и направляется на север, где наступает лето.

Таким образом, продолжительность дневного времени и исчезновение пищи подсказывают птице, когда отправляться в теплые края. А инстинкт продолжения рода весной говорит о том, что пора лететь на север. Существуют, конечно, и другие факторы, еще не все мы понимаем до конца, но то, что перечислено, без сомнения, является основным ключом к разгадке тайны перелетов птиц.

Как птицы находят дорогу во время перелетов?

В конце лета многие птицы в разных концах света покидают свои родные места и летят зимовать на юг. Иногда они отправляются на другие континенты, расположенные на расстоянии в тысячи миль. Весной эти же птицы возвращаются не только в ту же страну, но часто даже в то же гнездо в том же доме! Как они находят дорогу?

Было проделано немало интересных экспериментов, чтобы найти ответ. Во время одного из них группу аистов забрали из своих гнезд незадолго до наступления времени осеннего перелета и перенесли на другое место. С этого нового места им пришлось лететь в другом направлении, чтобы достичь места своего зимовья. Но когда пришло время, они полетели в том же направлении, в котором они летали со своего старого места! Создается впечатление, что они обладают врожденным инстинктом, который подсказывает им, что надо лететь в определенном направлении, когда приближается зима.

Способность птиц находить дорогу домой не менее поразительна. Птиц увозили от их родных мест на самолете за 400 миль. Когда их отпускали, они летели обратно к себе!

Если просто сказать, что домой их ведет инстинкт, то это не объясняет тайну. Как они находят дорогу? Нам известно, что молодые птицы не получают уроков географии от своих родителей, потому что родители зачастую сами совершают перелет впервые. А птицы, которые летят домой, часто летят по ночам, так что не могут увидеть ориентиры, которые бы им помогли. Некоторые птицы летят над водой, где вообще нет никаких ориентиров.

Одна из гипотез заключается в том, что птицы могут чувствовать магнитные поля, которые окружают Землю. Магнитные линии располагаются по направлению от северного магнитного полюса к южному. Возможно, именно эти линии и служат для птиц направляющими. Но эта теория не получила доказательств.

Наука фактически не имеет исчерпывающего объяснения тому, как птицы находят дорогу во время перелетов или как они разыскивают свои родные места! С перелетами птиц связан один любопытный исторический факт. Когда Колумб приближался к Американскому континенту, он увидел большие стаи птиц, направлявшиеся к юго-западу. Это означало, что земля где-то поблизости, и он изменил курс и направился в юго-западном направлении, куда полетели птицы. И поэтому он высадился на Багамских островах, вместо того чтобы оказаться на берегу Флориды!

На какие расстояния перелетают птицы?

Все знают о том, что птицы перелетают. Люди используют отлет и возвращение некоторых птиц для того, чтобы предсказывать наступление очередного времени года. Но никто до конца не понимает, почему птицы совершают такие далекие путешествия.

Мы не можем объяснить это одним лишь изменением температуры. Перья могут очень хорошо защитить птицу от холода. Конечно, с наступлением холодов связан недостаток пищи для птиц, и это может быть объяснением их перелетов туда, где пищи достаточно. Но тогда почему весной они опять улетают на север? Некоторые специалисты считают, что есть взаимосвязь между изменением климата и инстинктом продолжения рода.

По каким бы причинам ни совершались перелеты, птицы, без сомнения, являются чемпионами среди всех живых существ, которые совершают миграции. А чемпионы среди птиц- арктические крачки. За время перелетов в течение одного года эти удивительные птицы пролетают расстояние, равное 22 000 миль!

Крачки гнездятся на огромных пространствах от Полярного круга до Массачусетса. Эти птицы долетают до Антарктики примерно, за 20 недель, пролетая в среднем за неделю около 1000 миль.

Большинство птиц делают во время перелетов довольно короткие перегоны. Но одна птица, американская золотистая ржанка , совершают длинный беспосадочный перелет над открытым океаном. Она может лететь прямо от Новой Шотландии (Канада) до Южной Америки 2400 миль над водой без единой остановки!

В один ли и тот же день каждый год начинают птицы свои перелеты? Об этом немало написано, и многие люди полагают, что это именно так. Но нет таких птиц, которые бы вылетали каждый год в один и тот же день, хотя некоторые очень близки к этому. Знаменитые ласточки из Капистрано в Калифорнии, как принято считать, улетают 23 октября, а возвращаются 19 марта. Несмотря на то, что это считается признанным фактом, дата их отлета и возвращения, как выяснилось, изменяется из года в год.

Источник