В интернете даже гуляет шутка: «По законам физики шмель летать не должен, но он об этом не знает и потому летает». Вопросом вашего сына озадачился ещё в 1934 году серьёзный взрослый человек – французский зоолог и аэронавигационный инженер Антуан Маньян (Antoine Magnan, 1881−1938), готовя к изданию свой учебник под названием «Полёт насекомых» (Le Vol des Insectes). Действительно: как такие относительно небольшие крылья могут развивать подъёмную силу, достаточную, чтобы удерживать толстяка шмеля?
С помощью французского инженера и математика, работавшего до этого над вопросами баллистики и полёта птиц, Андре Сент-Лагю (André Sainte-Laguë, 1882−1950) Маньян решил рассчитать характеристики пчелиного полёта (а шмели относятся к семейству настоящих пчёл). И вот, применив известные тогда принципы аэродинамики, они однозначно заключили: шмель летать не может! «Сначала, руководствуясь тем, что делается в авиации, я применил законы сопротивления воздуха к насекомым и вместе с мсье Сент-Лагю пришёл к заключению, что их полёт невозможен». Что энтомолог и написал во введении к книге.
Всё дело в том, что расчёт Сент-Лагю базировался на известных на тот момент принципах стационарной аэродинамики, которые применяли к неподвижным крыльям, как у самолёта, но не подходили для машущих. Сравнивая самолёт и пчелу, инженер сделал ошибочное предположение, что крылья пчёл гладкие, плоские и ровные.
В оправдание исследователей примем во внимание тот важный факт, что происходило это на раннем этапе развития авиастроения и аэродинамики – раздела механики сплошных сред, в котором, в частности, изучают характеристики тел, движущихся в воздухе. Полёт изучали тогда только на моделях с неподвижными крыльями. И в распоряжении учёных не было сегодняшней техники – высокоскоростных видеокамер, микроробототехники, чтобы анализировать и моделировать более сложные формы – к примеру, полёт тех же пчёл и шмелей.
Расчёты исследователя показали, что у этих насекомых – при их размерах тела – действительно создаётся недостаточная подъёмная сила для планирующего (как у самолёта) полёта.
Но истина оказалась в том, что законы физики не мешают шмелям летать. Просто принципы полёта насекомых и летательных аппаратов существенно различаются. В отличие от самолётных крыльев, которые держатся в воздухе за счёт разного давления над и под ними, шмелиные, представляющие собой тонкие эластичные пластинки, встроенные в каркас из прочных и гибких жилок, при взмахе изгибаются, изменяя угол крыльев так, чтобы удержать на их поверхности, прикрепить, так сказать, поток воздуха. Создаваемые таким путём мини-завихрения поднимают насекомых вверх и при взмахе, и при опускании крыльев.
Благодаря этому увеличивается разница давления воздушных потоков около крыльев и возрастает подъёмная сила шмеля. А когда во время разворота крыльев прикреплённый вихрь сбрасывается, шмель получает дополнительный толчок.
Конечно, поработать всё-таки приходится. Частота взмахов у грузных насекомых достигает более 200 раз в секунду, а скорость «полёта шмеля» – почти как в интермедии к опере «Сказка о царе Салтане» Николая Римского-Корсакова: до 5 метров в секунду, или 18 километров в час.
Собственно, вскоре Сент-Лагю, сам зная, что его предположение не может быть правильным, исправил его. Но история о том, как учёный вычислил, что полёт шмелей невозможен, осталась – такая вот тавтология – в истории.
Маргарита Дорштейн
