Техника - молодёжи 1984-06, страница 53

ПРИРОДНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

АЛЕКСАНДР ГРИГОРЬЕВ, инженер, Ленинград

-*- расширение тмць/

Человечество за период своего существования добилось больших успехов о создании средств перемещения по воде и воздуху. Но достигается это путем затраты огромного количества энергии. Ученые давно подсчитали, что энергия эта неадекватна тем усилиям, которые затрачивают птицы, рыбы и другие летающие и плавающие животные.

Но те же ученые до сих пор не могут толком объяснить, почему, например, щука, неподвижно замершая в траве, как бы выстреливает с большой скоростью из засады. С помощью хвоста она не в состоянии получить такое огромное ускорение, так как рыбы не имеют крупных двигательных мышц и сухожилий. Что удерживает рыбу, стоящую в быстрых струях переката, без малейшего движения, словно на якоре? Как объяснить прыжки по воздуху длиною 150 и более метров, совершаемые летающими рыбами? Ведь для такого прыжка она должна вылететь из воды со скоростью, близкой к скорости снаряда. Почему, наконец, дельфин развивает скорость, в несколько раз превосходящую энергетические возможности его мускулатуры? Или: за счет чего сокол, пикируя со сложенными крыльями, развивает скорость 100 м/с, что почти в два раза больше скорости свободного падения (62 м/с)? И т. д.

Изучение механизма подобных «аномалий» и применение его в технике позволили бы получить огромный экономический эффект.

Проанализировав способы перемещения обитателей воды и воздуха, я пришел к выводу, что ни один из них не был бы в состоянии обеспечить такие высокие скорости, если бы его тело было просто пассивным корпусом, а не активным движителем.

Действительно, возможно ли, чтобы рыбы и птицы, сформированные средой обитания, за миллионы лет зволюции и жесткого отбора остались на уровне парусного кораб

4*

ля или современного лайнера, пассивный корпус которого заставляет расходовать колоссальное количество энергии на преодоление сопротивления движению?

Посмотрите внимательно на тело рыбы со спины: бросается в глаза характерная особенность расположения мышц, а именно — они располагаются симметрично по обеим сторонам позвоночника слоями с небольшими промежутками между ними и отклонены в сторону хвоста, образуя своеобразную «елочку». Оказалось, что именно эти мышцы, их расположение и способность деформироваться (сжиматься и разжиматься) являются основным движителем рыб и водных животных.

На рисунке вверху схематически показана работа тела движителя рыбы.

Принцип действия движителя и силы, вызывающие перемещение тела, показаны на рисунке слева.

Нетрудно рассчитать импульс силы симметричной пары мышц. Этот элементарный расчет показывает, что рыба массой 2 кг, длиной 0,5 м обладает количеством движения 14,2 кгс при времени расширения мышц ОД с. и их силе 1 кгс. Этого количества движения достаточно, чтобы рыба получила ускорение более 7 м/с² — что намного превосходит ускорение современного автомобиля. При этом давление на окружающую среду составляет около 0,2 кгс/см².

Таким образом, эффективность этого движителя исключительно высока. К тому же он способен уменьшить до минимума сопротивление перемещению. Расширение мышц рыбы происходит за очень малый промежуток времени (в виде удара); вода в силу своей инертности и несжимаемости воспринимает деформацию мышц рыбы как твердая опора. Следовательно, расширение мышц возможно только к центру тела рыбы, то есть мышцы толкают рыбу вперед. После расширения мышцы происходит быстрое ее сокращение, за которым в силу

Расположение мышц рыбы «елочной».

своей инертности не успевает следовать вода: в образовавшемся промежутке мышца без всякого сопротивления займет новое положение, отстоящее от предыдущего на шаг, то есть за цикл расширения — сжатия рыба переместится на величину шага, равного t.

При быстром сокращении мышц в зазорах между ними и водой могло бы возникнуть явление кавитации, но наличие слизи и шероховатости тела рыбы не дает возникнуть этому явлению (подобные способы борьбы с кавитацией уже применены в технике).

Итак, природный движитель отвечает самым необходимым требованиям: он обеспечивает высокие скорости и сводит сопротивление до минимума. Остается лобовое сопротивление. Хотя голова у быстропла-вающих рыб и имеет форму сверхзвукового самолета, не исключено, что она также обладает способностью уменьшать сопротивление, как и тело.

Что касается полетов рыб по воздуху, то можно предположить, что тела этих рыб обладают движителем, способным перемещать их не только в воде, но и в воздухе, только менее эффективным. Аналогично происходит перемещение птиц, хотя принято считать, что они двигаются в воздухе исключительно при помощи крыльев. Основное назначение крыльев — подъем и удержание в воздухе, а перемещает птицу вперед само тело. Это подтверждается пикированием хищных птиц со скоростями, значительно выше свободно падающих тел: птица не просто падает, а толкает себя вперед, уменьшая сопротивление падению (как известно, делает ото без помощи крыльев — они бывают при этом сложены). Следовательно, тело птиц также является движителем. Внимательное изучение полета птиц подтверждает это: скорость их полета не соответствует интенсивности взмаха крыльев.

51