Построить график движения птиц в полете. Птицы. Брачный полёт сокола сапсана

Наиболее специфическая форма движения птиц, определившая основные черты организации этого класса, - полет. Аэродинамика полета птиц сложна и до сих пор известна лишь в общих чертах. Связано это с тем, что в полете меняется положение маховых и площадь крыла, с разной скоростью и под разными углами к горизонту двигаются кистевая и основная части крыла и т.п.

Грубо схематично физическую основу полета можно характеризовать так. Крыло всегда сверху более или менее выпукло, а снизу вогнуто, передний край крыла более толстый (здесь лежит скелет, мышцы и несколько слоев перьев), задний - тонкий и эластичный (образован лишь вершинами маховых). Обтекая верхнюю выпуклую поверхность крыла, встречный поток воздуха ускоряет движение, и над крылом образуется область пониженного давления. Создается подъемная сила, подсасывающая (поднимающая) крыло вверх. Когда в полете птица опускает крыло, одновременно протекают два процесса. Отгибающиеся под давлением воздуха первостепенные маховые концевой части крыла создают пропеллирующий эффект, в результате чего возникает тяговая сила, толкающая крыло (и птицу) вперед. Одновременно воздух обтекает основную часть крыла (область второстепенных маховых) и здесь создается, за счет разности давлений над крылом и под крылом, подъемная сила, преодолевающая силу тяжести птицы. При подъеме крыла вверх маховые несколько поворачиваются, пропуская воздух (см. рис. 40), и поэтому подъем совершается с меньшим усилием. Двигающаяся вверх и назад вершина крыла создает некоторую дополнительную силу тяги, а основная часть крыла по-прежнему создает подъемную силу. Подъемная сила возникает и при обтекании воздухом тела и хвоста летящей птицы.

Такой полет, когда птица ритмично поднимает и опускает крылья, называется машущим. Изменяя площадь крыла и его наклон ("угол атаки"), варьируя частоту взмахов, птица изменяет величину тяги и подъемной силы, меняя тем самым скорость и высоту полета. Различия в размерах и форме тела, размерах и форме крыльев и хвоста, в интенсивности и амплитуде взмахов крыла определяют свойственный каждому виду характер полета. Медленный, со спокойными и редкими взмахами крыльев полет цапли отличен от стремительного и маневренного полета ласточек и стрижей и от быстрого, но прямолинейного полета уток. Но все эти птицы летают машущим полетом. Одна из форм машущего полета - трепещущий полет, когда птица, усиленно работая крыльями, на короткое время "повисает" в воздухе на одном месте. Так делают чайки, крачки, мелкие хищники, высматривающие добычу. Сходным образом "повисают" в воздухе около цветка высасывающие нектар колибри; при этом крыло совершает 50-80 взмахов в секунду.

Второй тип полета - парящий; птица с распростертыми практически неподвижными крыльями перемещается, используя энергию потоков воздуха. Различают статическое и динамическое парение. Статическое парение возможно над материками, где устойчивые восходящие токи воздуха возникают на стыках ландшафтов (лес и поле и т. п.) или при обтекании воздухом препятствий - обрывов, горных вершин. Для птиц, использующих устойчивые токи воздуха, характерны большие, широкие, закругленные крылья с расходящимися на концах вершинами первостепенных маховых. Такой полет используют хищные птицы, аисты, пеликаны. Широкими кругами птицы постепенно набирают высоту и затем кружат, высматривая добычу, или, планируя с потерей высоты, перемещаются в нужном направлении ( рис. 46). Динамическое парение свойственно морским птицам (альбатросы, буревестники, чайки), имеющим длинные, но узкие, с заостренной вершиной крылья. Используя завихрения воздуха над волнами или разную скорость воздушных потоков, птица по ветру планирует вниз, набирая скорость, и у самой воды, где скорость ветра замедлена трением о воду, поворачивается против ветра и взмывает вверх, где воздух движется быстрее ( рис. 47). Так птица может парить часами, высматривая добычу и хватая ее с пикирования. При отсутствии ветра эти птицы парить не могут и, плавая, пережидают безветрие.

Летающие планирующим полетом птицы способны и к машущему полету. К нему они прибегают, чтобы найти восходящий термический поток, подлететь к гнезду, увернуться от опасности и т. п. Однако долго летать машущим полетом они не могут. С другой стороны, птицы, летающие машущим полетом, временами переходят на скольжение или планирование. В общем, каждый вид пользуется характерным для него полетом, но при необходимости способен менять как характер полета, так и его скорость. Лесные мелкие воробьиные птицы летают со скоростью 25-40 км/ч, голуби - 30-60, утки и многие кулики - 65-80 км/ч; ловящие насекомых в воздухе ласточки обычно летают со скоростью 40-60 км/ч, а стрижи - даже до 100- 120 км/ч.

Самый быстрый летун нашей фауны - живущий в Приморье колючехвостый стриж - Hirundapus caudatus - развивает скорость до 170 км в час. Таковы скорости, с которыми птицы могут летать длительное время. Например, почтовый голубь, летя со скоростью 50- 60 км/ч, способен пролететь без остановок около 600 км. На короткое время птицы способны развивать и большие скорости. Крупные соколы летают со скоростью 60-70 км/ч, но при броске за добычей развивают скорость более 100 км/ч, а бросаясь на нее с высоты, за счет инерции пикирования - и до 300-350 км/ч. Такую же скорость, но на очень короткое время - на десятки секунд - способны развивать увертывающиеся от хищника стрижи, голуби, утки.

Лётные возможности и характер полета каждого вида тесно связаны со всеми особенностями его жизни: предпочитаемыми местообитаниями, набором кормов и способами его добывания, приемами избегания опасности, дальностью сезонных перемещений и т. п. Виды, кормящиеся в воде и при опасности прячущиеся в зарослях или ныряющие, обладают быстрым, но не маневренным полетом (утки, гагары и др.). Кормящиеся на земле и при опасности старающиеся сначала затаиться куриные птицы имеют короткие и широкие крылья, позволяющие им с шумом стремительно взлетать под носом ошеломленного хищника и, пролетев небольшое расстояние, скрыться в зарослях; громкое хлопанье крыльев при взлете предупреждает об опасности соседей. Быстрый полет рябков позволяет им гнездиться вдали от водоемов и ежедневно летать на водопой за десятки километров. Разыскивая добычу, орлы, канюки, коршуны часами парят в воздухе над открытыми пространствами. Подстерегающие добычу и преследующие ее в лесу ястребы обладают маневренным полетом, позволяющим преследовать добычу в кронах деревьев. Разыскивающие добычу на земле и в поверхносных слоях воды чайки и крачки чередуют маневренный машущий полет с динамическим парением и кратковременным "зависанием". Часами носятся в воздухе, ловя мелких насекомых, стрижи; они чередуют быстрый машущий полет со скольжением. Эти быстрые и неутомимые летуны пьют на лету, спариваются в воздухе и даже способны ночью спать, медленно, со скоростью 30-40 км/ч, летая кругами на большой высоте.

Рассмотрим горизонтальный поток воздуха относительно наклонной поверхности крыла в том случае, когда его передняя кромка приподнята над задней. В этом смысле крыло действует как несущая плоскость. Поток воздуха над крылом встречает меньшее сопротивление и развивает большую скорость, чем под крылом (рис. 17.52). В результате давление воздуха над крылом уменьшается, а под крылом - увеличивается. Так возникает подъемная сила . Ее величина зависит от размеров и формы крыла, угла его наклона по отношению к длинной оси тела (угол атаки) и скорости полета. В воздухе на тело птицы действует еще одна сила, которая стремится отвести крыло назад в направлении воздушного потока; она называется лобовым , или аэродинамическим, сопротивлением . Механическая эффективность крыла зависит от его способности развивать большую подъемную силу при небольшом относительном росте лобового сопротивления.

Различают три основных типа полета: машущий, парящий (планирующий) и зависание.

Машущий полет

У таких птиц, как голубь, у которых крылья делают около двух взмахов в секунду, основная мощность развивается при опускании крыльев. Это происходит благодаря сокращению сильно развитых больших грудных мышц , которые одним концом прикреплены к плечевой кости, а другим - к килю грудины. При отрыве от земли крыло в начале маха опускается почти вертикально и его передняя кромка располагается ниже задней. Маховые перья 1-го порядка отклоняются вверх под давлением воздуха. Они плотно сомкнуты, чтобы обеспечить максимальное сопротивление воздуху, а значит, и максимальную подъемную силу. Затем по мере опускания крыло движется вперед и поворачивается таким образом, что его передняя кромка отклоняется вверх. В этом положении крыло создает силу, поднимающую корпус. Воздух, проходящий между маховыми перьями, стремится разделить их и отогнуть кверху (рис. 17.53).

Подъем крыла начинается тогда, когда крыло еще полностью не опущено. Внутренняя часть предплечья резко поднимается вверх и назад, и при этом передняя кромка крыла находится в наклонном положении над задней. Это делают малые грудные мышцы, прикрепленные к дорсальной поверхности плечевой кости и к грудине. При движении крыла вверх оно сгибается в запястье и кисть поворачивается таким образом, что маховые 1-го порядка резко отводятся назад и вверх до того момента, пока все крыло в какой-то мере не выпрямится над телом птицы. Во время этого движения маховые 1-го порядка разъединяются, так что воздух проходит между ними и его сопротивление уменьшается. Движением этих перьев назад в основном и создается мощный толчок, который птица использует для поступательного движения вперед. Еще до того момента, как маховые 1-го порядка поднимутся до высшей точки, снова начинают сокращаться большие грудные мышцы, опускающие крылья, и весь процесс повторяется.

При длительном машущем полете работа крыльев заметно видоизменяется и требует гораздо меньше энергии, чем при отрыве от земли. Взмахи при этом не такие сильные, крылья не соприкасаются за спиной, и нет движения вперед на заключительном этапе опускания крыльев. Крылья обычно выпрямлены, и махи вверх и вниз происходят в запястье (в сочленении костей предплечья и запястья). Активного отведения кисти вверх и назад не происходит - крыло поднимается пассивно в результате давления воздуха на его нижнюю поверхность.

По окончании полета птица приземляется, опуская и распластывая хвост, который одновременно служит тормозом и источником подъемной силы. После создания этой силы ноги опускаются, и птица прекращает движение. Хвост в полете служит также рулем, и устойчивость птицы обеспечивается нервным контролем при участии полукружных каналов. В них возникают импульсы, которые стимулируют вспомогательные мышцы, изменяющие форму и положение крыльев и соотношение между их взмахами.

Разные птицы летают с разными скоростями. Эти различия обусловлены формой крыльев и ее изменениями в полете, а также частотой взмахов. Рис. 17.54 позволяет сравнить крылья быстрых летунов (таких, как стрижи) и медленных (как воробьи).

17.9. Перечислите характерные особенности стрижа, позволяющие ему быстро летать.

Планирующий и парящий полет

При планировании крылья неподвижно распластаны под углом 90° относительно тела, и птица постепенно теряет высоту. Когда птица, планируя, опускается, на нее действует сила тяжести, которую можно разложить на две составляющие, одна из которых (тяга) направлена вперед по линии полета, а другая - вниз под прямым углом к первой (рис. 17.55). С увеличением скорости планирования эту вторую силу уравновешивает возрастающая подъемная сила, а тягу уравновешивает лобовое сопротивление, и с этого момента птица планирует с постоянной скоростью. Скорость и угол скольжения зависят от размеров, формы и угла атаки крыльев и от веса птицы.

Птицы, обитающие на суше, используют при планировании восходящие термальные потоки воздуха, которые возникают, когда горизонтальный поток, встретив преграду (например, гору), отклоняется вверх или когда теплый воздух вытесняется холодным и поднимается вверх; так происходит, например, над городами. Птицы, имеющие легкое тело и широкие крылья, такие как канюки и орлы, искусно используют термальные потоки и могут постепенно набирать высоту, делая небольшие круги. Планирование без потери высоты и даже с подъемом называется парением.

У морских птиц, например альбатросов, форма тела и крыльев иная, и они парят по-другому (рис. 17.56). У альбатроса большое тело и очень длинные узкие крылья, и он использует порывы ветра над волнами. За время скольжения против ветра вверх он поднимается на высоту около 7-10 метров. Затем он разворачивается по ветру и с большой скоростью на отогнутых назад крыльях спускается вниз. В конце скольжения вниз альбатрос описывает дугу, возвращаясь во встречный поток воздуха с крыльями, вынесенными несколько вперед. Такое положение крыльев и быстрое движение вперед относительно воздуха обеспечивают подъемную силу, необходимую для набора высоты перед очередным спуском. Альбатрос способен также парить, покрывая большие расстояния параллельно гребням волн; при этом он использует небольшие восходящие потоки воздуха от волн, подобно тому как сухопутные птицы используют потоки над горными склонами.

Зависающий полет

При зависании птица машет крыльями, но при этом остается на одном месте. Крылья совершают около 50 взмахов в секунду, и развиваемая ими тяга, направленная вверх, уравновешивает вес тела. Птицы, способные зависать, имеют очень сильно развитые летательные мышцы (1/3 от веса тела). Их крылья могут наклоняться почти под любым углом. Большая часть маховых перьев-1-го порядка (маховых 2-го порядка только шесть), и они используются для создания тяги.

Окончание в рот - это одна из безумно популярных предложений интимного характера, которая намеревает выдерживание обычных поз, её способны совершить индивидуалки с сайта

Сила притяжения, которая, как бы высоко мы ни подпрыгивали, всегда возвращает нас на землю, воздействует, разумеется, и на птиц. Поэтому в воздухе их должна удерживать сила, противодействующая силе тяжести. Эту противодействующую силу создает крыло. Оно у птиц не плоское, как доска, а выгнутое. Это значит, что струя воздуха, огибающая крыло, должна пройти по верхней стороне более длинный путь, чем по вогнутой нижней. Чтобы оба воздушных потока достигли оконечности крыла одновременно, воздушный поток над крылом должен двигаться быстрее, чем под крылом. Поэтому скорость течения воздуха над крылом увеличивается, а давление уменьшается. Разность давлений под крылом и над ним создает подъемную силу, направленную вверх и противодействующую силе тяжести.

Подъемная сила зависит от величины и формы крыла . Также важны и скорость, с которой воздух обтекает крыло, то есть скорость встречного воздушного потока, и угол, под которым поток воздуха достигает переднего края крыла. Изменяя угол наклона крыла (в авиации его называют углом атаки), птица может влиять на подъемную силу. Если она повернет крыло слишком круто относительно направления воздушного потока, то струя воздуха как бы отрывается от крыла и птица начинает падать. Одновременно с падением происходит торможение полета перед приземлением, так как при этом увеличивается лобовое сопротивление крыла.

Самая простая форма полета - планирование . Птица спрыгивает с высокого дерева или скалы и планирует по наклонной вниз. При этом в движение ее приводит направленная вниз сила тяжести. Воздушный поток, обтекающий крыло, создает, как было описано выше, подъемную силу, которая тормозит падение. Чем лучше аэродинамические качества крыла (то есть чем больше разрежение воздуха над крылом и выше скорость воздушного потока), тем дольше птице удается планировать. Если на крыло действуют и другие направленные вверх силы, например восходящие потоки теплого воздуха или сильные ветры, то птица может, не размахивая крыльями, парить в небе. Дневные хищные сарычи или орлы подолгу кружатся в восходящих потоках теплого воздуха, а чайки парят при сильных морских ветрах. Устойчиво парить в воздухе может только птица массой и величиной не меньше вороны. Более мелкие птицы или те, у которых относительно маленькие крылья, должны энергично махать ими, чтобы оставаться в воздухе и двигаться вперед. Такой способ полета называют машущим, или активным, в отличие от парящего, или пассивного.

Как мы уже говорили, крыло состоит из двух групп перьев . Расположенные на тыльной стороне кисти большие, или первостепенные, маховые перья создают во время полета тягу, а прикрепленные к предплечью, точнее - к локтевой кости, малые, или второстепенные, маховые перья составляют несущую поверхность крыла. Поскольку второстепенные маховые перья находятся ближе к телу, они лишь немного двигаются вверх и вниз. Обтекающий их воздушный поток создает над и под ними, как при парении, разные давления. Эта часть крыла при машущем полете образует подъемную силу. Длинные первостепенные маховые перья по форме напоминают лопасти пропеллера. Амплитуда их движения вверх и вниз больше, поэтому они создают тягу. Чтобы при ударе крылом о воздух не уменьшались подъемная сила и тяга, мелкие птицы подтягивают крылья к телу и в таком положении поднимают их вверх, У более крупных птиц первостепенные маховые перья свободно колеблются, и птицы расправляют их только тогда, когда второстепенные маховые достигают нижней точки перед новым взмахом. Когда птицы поворачиваются в полете, у них одно крыло либо движется быстрее и энергичнее, либо частично сложено и поэтому становится меньше. Кроме того, рулем у многих птиц служит хвост.

Летные качества птицы определяет главным образом форма ее крыльев. Например, для быстрого полета больше всего подходят узкие, заостренные на концах крылья, как, скажем, у соколов или черных стрижей. Округлые широкие крылья позволяют маневрировать в полете. Они жизненно необходимы всем птицам, летающим в кустарниковых зарослях и междудеревьями. У большинства певчих, например воробьиных или сорок, а также охотящихся в лесах дневных хищных птиц - ястреба-перепелятника и большого ястреба - такие крылья. У сарычей, орлов и журавлей - птиц, парящих в слабых восходящих воздушных потоках, - крылья большие, широкие, закругленные спереди. А у носящихся над морем в сильных воздушных потоках чаек, буревестников и альбатросов, напротив, - длинные, узкие и заостренные.

Некоторые птицы вообще не могут летать. Пингвины живут главным образом в воде. Их крылья видоизменились в ласты, с помощью которых они "летают", правда, не в воздухе, а в воде. Не летают и большие бегающие птицы, например страусы. Они слишком тяжелы для полета. Чтобы подняться в воздух при такой массе, нужны огромные крылья. А чтобы двигать такими крыльями, мускулатура должна стать еще сильнее и массивнее.

Птица может летать, если ее масса не превышает 20 кг. Соотношение между несущей поверхностью крыла и размерами тела при большем весе таково, что, даже энергично взмахивая крыльями, птица не поднимется в воздух. Тяжелые дрофы и куры разбегаются, чтобы взлететь.

Воробей летает со скоростью 40 км/час. Черный стриж проносится в воздухе еще быстрее - его скорость от 60 до 80 км/час, а у сокола-сапсана в пикирующем полете она достигает 300 км/час. Удивительные данные приводят ученые о скорости полета маленькой колибри: от 48 до 150 км/час! Ни одна из птиц не обладает таким "мотором" и такой техникой пилотажа. Она то поднимается по спирали, то резко взмывает вверх, то устремляется вперед, падает, тормозит, висит в воздухе, летит боком, на спине.

Перелетные птицы должны быть выносливыми , иначе они не смогут совершать сезонные миграции. Ласточки из Восточной Европы летят над Средиземным морем и Сахарой в Восточную Африку, преодолевая без остановки до 2500 км. Бурокрылые ржанки, мигрирующие с Аляски на Гавайи, пролетают над водными просторами 4000 км, не имея возможности сделать в пути остановку. А полярные крачки - 20 000 км, с Ледовитого океана до ледовой кромки Антарктиды и обратно. Но они делают в пути привалы. Некоторые виды колибри отправляются в дальние опасные путешествия через горные цепи и морские просторы из Центральной Америки к берегам Аляски. Как удается этому крошечному созданию преодолевать такие расстояния?

Высота полета птиц зависит от географических и атмосферных условий. Воробьиные, например, могут лететь на высоте от 0,5 м над морем до 7000 м над горами. В среднем птицы при перелетах поднимаются на 1100-1600 м над уровнем моря, но многие предпочитают высоту 100-130 м. Если необходимо преодолеть горные массивы, то даже маленькие птицы могут подниматься на несколько тысяч метров. Безусловными рекордсменами признаны гуси, которые перелетают в Индию над Гималаями на высоте 8830 м.

Различаются несколько видов полета птиц: 1) планирующий, или скользящий, полет, когда птица летит с более или менее распростертыми крыльями, не двигая ими, или опускаясь вниз с высоты, сохраняя или увеличивая скорость за счет высоты, или сохраняя высоту и даже поднимаясь вверх, но теряя скорость; 2) парящий, или парусный, полет, когда птица летает, не двигая крыльями, сохраняя и высоту и скорость полета или даже увеличивая их за счет силы движения воздуха; 3) гребной или пропеллирующий полет (обычный вид полета), когда птица машет крыльями и тем осуществляет опору о воздух и поступательное движение. Этот последний вид полета имеет ряд разновидностей, из которых особого внимания заслуживает вибрационный или пульсирующий полет, когда птица с помощью чрезвычайно быстрых движений крыла или висит в воздухе, или двигается и притом может не только вертикально подниматься вверх, но даже двигаться назад.

Теория полета птиц в настоящее время разработана в связи с успехами воздухоплавания очень подробно. В общем летящая птица подчиняется законам движения пластинок в воздухе. Теория движения таких пластинок и многочисленные эксперименты установили следующее:
1. Если пластинка двигается в воздухе под некоторым углом α (угол атаки) к оси движения (рис. 487), то давление встречного воздуха на пластинку R будет направлено почти перпендикулярно к ней, разлагаясь на подъемную силу P и лобовое сопротивление Q. Подъемная сила и лобовое сопротивление возрастают прямо пропорционально площади пластинок и квадрату скорости движения.
Для получения больших скоростей выгоднее малый угол наклона пластинки, а при большой скорости увеличение угла α до известных пределов ведет к увеличению подъемной силы.
Центр давления (точка приложения давления на пластинку снизу, точка опоры о воздух) тем ближе передвигается к переднему краю пластинки, чем быстрее она двигается.
2. В продолговатых пластинках давление зависит от положения пластинки, а именно - пластинки, поставленные длинной своей стороной перпендикулярно направлению движения, получают большее давление снизу, а потому более выгодны для полета.
3. Вогнутые пластинки дают большую подъемную силу, чем плоские, причем:
а) направление равнодействующей наклонено вперед, вследствие чего такая пластинка сохраняет свою подъемную силу не только при горизонтальной, но даже при несколько наклонной вперед хорде;
б) если передняя сторона такой пластинки утолщена, то она нe только не увеличивает лобовое сопротивление, а, наоборот, оказывает благоприятное действие па подъемную силу и лобовое сопротивление (рис. 488), тогда как такое же утолщение задней стороны очень неблагоприятно;

в) лучшие изгибы кривизны дают 1/10-1/15 стрелы прогиба;
г) для устойчивости оказывается полезным отгиб задней части пластинки несколько вверх.
4. Устойчивость движущейся пластинки достигается:
а) расположением центра тяжести ниже плоскости опоры и тем, что точки приложения равнодействующей аэродинамических сил совпадают с центром тяжести;
б) наличностью позади главной несущей плоскости еще дополнительной плоскости так называемого стабилизатора.
В общем горизонтальный полет определенной скорости летящего объекта с крыльями (птицы или самолеты) определяется следующими формулами:
1) P = G = CypSV2
2) Q = F = CxpSV2,
где P - подъемная сила, G - вес, Q - лобовое сопротивление, F - сила тяги, р - плотность воздуха, S - площадь несущей поверхности, F- скорость движения, Cy и Cx коэффициенты пропорциональностей (подъемной силы и лобовых сопротивлений) и основном зависящие от качеств несущей поверхности (формы крыльев) и угла атаки.
Плоскость опоры о воздух у птиц представлена крыльями и хвостом. Крылья птиц удовлетворяют именно всем вышеуказанным требованиям; они вытянуты в направлении, перпендикулярном полету, представляют пластинки, выгнутые вверх с утолщенным передним краем и выпрямленной задней частью. Последняя эластична и может отгибаться вверх. Хвост выполняет роль стабилизатора.
Общая форма тела с острым клювом, маленькой головой и плотно прилегающим к телу оперением представляет наименьшее сопротивление воздуху.

Центр тяжести у птиц лежит значительно ниже плоскости опоры, что достигается высоким положением крыла и тем, что все тяжелые органы птицы - пищеварительные органы и грудные мускулы - находятся снизу, а легкие и воздушные мешки лежат выше. Такое положение центра тяжести придает летательному аппарату птицы большую устойчивость. Самая плоскость опоры о воздух, т. е. крылья и хвост, может по произволу легко уменьшаться, что достигается большим или меньшим расправлением крыльев и хвоста. Таким образом, птица может менять отношение площади крыльев к весу своего тела. Между тем, чем больше плоскость опоры о воздух, тем большее сопротивление испытывает падающая вертикально вниз горизонтальная плоскость. Если же такая плоскость двигается вперед, то она встречает сопротивление воздуха, которое увеличивается пропорционально квадратам скорости и прямо пропорционально плоскости сечения, проведенной под прямым углом к направлению движения.
Таким образом чем быстрее летит птица, тем легче ей держаться в воздухе. Ho так как летящей птице приходится преодолевать также сопротивление воздуха в направлении движения, то естественно, что птица при движении вперед постепенно теряет раз полученную скорость; вместе с уменьшением скорости будет уменьшаться сопротивление воздуха снизу, и птица принуждена будет опускаться. Чтобы не опускаться, птица должна вновь приобрести скорость, соответственно увеличив маханием крыльев силу тяги.
При движении плоскости играет большую роль тот угол, который она образует с осью движения, угол атаки. От величины этого угла, как мы видели, зависит сила, поднимающая птицу вверх, а также лобовое сопротивление.
Изменений этого угла достигается перемещением центра тяжести. При увеличении быстроты полета птица должна переносить центр тяжести все более вперед, чтобы центр опоры совпал с центром тяжести.
Скользящий, или планирующий, полет возможен только при негоризонтальном полете, именно когда он направлен косо книзу. Движущей силой в этом случае является сила тяжести птицы. Отношение площади крыльев к весу птицы обусловливает при определенной скорости и при определенном положении крыла по отношению к встречному течению воздуха (угол атаки) угол планирования, т. е. угол направления полета к горизонтальной плоскости. Чем больше площадь крыла, чем меньше вес птицы и чем быстрее полет, тем меньше может быть угол планирования.
Уменьшая площадь крыльев, птица может достигнуть большей скорости скольжения и может эту быстроту движения использовать для подъема вновь на известную высоту.
Управляют птицы своим скользящим полетом разными способами. Во-первых, птица легко может увеличивать и уменьшать площадь плоскости опоры о воздух, расправляя или складывая крылья п хвост; во-вторых, она может перемещать центр опоры о воздух но отношению к центру тяжести двояким образом: или, сохраняя положение центра тяжести, изменять положение центра опоры, сгибая крылья, распуская хвост и т. д., или переносить центр тяжести, вытягивая шею вперед или втягивая ее назад; последнее, впрочем, имеет значение лишь у птиц с длинной шеей. Это перемещение центра опоры в отношении центра тяжести может вести к изменению угла атаки крыла, т. е. угла плоскости крыла к встречному движению воздуха, а вместе с тем и к изменению угла планирования.
У птиц разной величины площадь крыльев изменяется пропорционально квадрату, а вес птицы изменяется пропорционально кубу.
Отсюда и из приведенных выше формул видно, что с увеличением птицы втрое площадь крыла увеличивается в 9 раз, а вес птицы увеличится в 27 раз. Следовательно, птица должна увеличить подъемную силу тоже в 27 раз. Так как несущая поверхность крыла при этом увеличится в, 9 раз, то для сохранения высоты необходимо увеличение скорости в √3 раз. При этом лобовое сопротивление увеличится тоже в 27 раз, и птица должна соответственно произвести большую работу, чтобы увеличить скорость в √3 раз.
Из этого следует, что птицы крупные тратят гораздо больше энергии, чем мелкие птицы. Этим, невидимому, кладется известный предел увеличению размеров птиц вообще. Вероятно, поэтому крупные птицы часто пользуются именно парящим, а не гребным полетом.
Птицы, быстро спускающиеся вниз, складывают свои крылья и распускают хвост; центр опоры о воздух передвигается значительно назад по сравнению с центром тяжести, и планирующая плоскость нагибается передней стороной вниз. Наоборот, когда птица хочет выравнять свой планирующий полет или подняться кверху, она распускает крылья и передвигает их вперед: центр опоры о воздух становится впереди центра тяжести, и у планирующей плоскости передняя сторона поднимается вверх; тот же эффект достигается опусканием хвоста вниз. Поворот вправо и влево достигается или сгибанием соответствующего крыла, или поворачиванием головы, пли вытягиванием в соответствующую сторону шеи, или поворотом распущенного хвоста в противоположную сторону.
Гребной, или пропеллирующий, полет. При этом типе сохраняются условия скользящего полета; к ним присоединяется еще поступательная сила - сила тяги, которая достигается взмахами крыльев. Чем больше скорость движения птицы, тем легче птице держаться в воздухе; поэтому понятно, что на получение именно начальной скорости птице приходится затрачивать больше всего энергии. Встречный ветер в этом отношении оказывает птице некоторую помощь, так как при определенной силе и определенном отношении площади крыльев к весу птицы ветер может поднять птицу вверх подобно воздушному змею. Поэтому все птицы при ветре поднимаются на крылья, становясь против ветра. В других случаях первоначальная скорость достигается разбегом или прыжками, после чего уже птица поднимается вверх. Или, наконец, птице приходится делать частые и сильные взмахи крыльями, чтобы получить начальную скорость. При этом крылья иногда ударяются концами одно о другое за спиной, производя у разных видов птиц характерный звук при подъеме. Затрата энергии при подъеме так велика, что птицы, которым приходится несколько раз кряду подниматься и спускаться, легко обессиливают. Есть птицы, которые вовсе не могут подняться с горизонтальной поверхности и начальную скорость, необходимую для полета, получают, падая вниз с высоких предметов, как, например, стрижи.
Для поднятия птицы на воздух необходимо, чтобы оба крыла могли захватить определенную по отношению к весу тела массу воздуха. Отсюда понятно, что птицы с небольшими короткими крыльями машут крыльями гораздо чаще, чем птицы с большими крыльями. Так, воробей при полете делает 13 взмахов в секунду, утка - 9, ворона - 3-4, аист - 2 и пеликан - 1 1/6.
На поднятие крыла птицы вообще затрачивают меньше времени, так что в среднем время, потребное на поднимание, относится ко времени опускания, как 2:3.
Как видно из прилагаемой моментальной фотографии (рис. 489), во время полета птица двигает крыло не только вниз, но и вперед.

При поднимании крыла сопротивление воздуха уменьшается тем, что крыло сверху выпукло, что при поднятии оно несколько согнуто в сгибе и направлено задней частью книзу, и, наконец, тем, что маховые, благодаря большей ширине внутренних опахал, расходятся, пропуская воздух.
Получив достаточную поступательную скорость полета, птица уже не нуждается в затрате большой энергии, ей необходимо лишь сохранить приобретенную скорость; так как сопротивление воздуха движущейся поверхности снизу возрастает, как мы видели пропорционально квадрату скорости движения, то птица при быстром полете при прочих равных условиях будет подниматься вверх. Отсюда быстро летящие птицы и реже машут крыльями и уменьшают поверхность плоскости опоры, складывая крылья и хвост. Так, галка, например, при подъеме делает около пяти взмахов в секунду, а разлетевшись - только три взмаха.
Многие мелкие пташки, сделав несколько быстрых взмахов крыльями и поднявшись на некоторую высоту, затем складывают крылья, летят несколько секунд без взмахов, немного опускаются при этом, затем вновь машут крыльями, поднимаясь на первоначальную высоту, вновь перестают махать и т. д. Здесь, благодаря незначительному весу и более благоприятному соотношению между весом и площадью крыльев, мелкие птицы при гребном полете, махая крыльями, очень быстро увеличивают подъемную силу.
Парящий полет птиц, или парение, изучено теперь очень хорошо благодаря разработанной теории летательных машин без двигательных аппаратов - планеров. Птица вовсе не двигает крыльями, а между тем не только сохраняет скорость, но может подниматься вверх. Такой полет мыслим в том случае, когда птица использует горизонтальные или, еще лучше, негоризонтальные воздушные течения или неоднородность воздушных течений в горизонтальном и вертикальном направлениях. Различные воздушные вихри, завихрения, пульсация воздуха (так называемая турбулентность воздуха) обусловлены разного рода причинами: например, неравномерным нагреванием разных частей земли, благодаря чему согретый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз; препятствиями, которые встречают на своем пути воздушные течения в виде гор, лесов, волн и т. п. Для использования воздушных течений необходимы некоторые условия. Во-первых, необходима известная абсолютная и относительная величина крыльев. Хорошо парящих птиц, которые могут парить даже при малейших, как будто бы незаметных движениях воздуха, мы находим именно среди крупных видов птиц с мощными крыльями. Таковы грифы Старого и Нового Света, жители преимущественно гор, где, как мы видим, турбулентность воздуха должна быть особенно сильна. Далее, хорошо парят орлы и другие крупные хищники, аисты, вороны, чайки, буревестники, пеликаны и многие другие. Все это или крупные птицы с мощными крыльями, или птицы мелкие и средней величины с очень длинными крыльями.
Во-вторых, необходимо некоторое определенное строение крыльев, именно: они должны быть достаточно длинны по сравнению с шириной, примем здесь мы встречаем два типа крыльев. Первый тип мы находим у материковых птиц: крылья относительно широки, и первостепенные маховые могут широко растопыриваться. У морских птиц - буревестников и чаек - крылья очень длинны, узки и остры. В обоих случаях птицы управляют своим полетом одинаково, каждую минуту меняя сообразно с потребностью величину поверхности крыльев: первые - путем большего или меньшего растопыривания маховых и распусканием хвоста, вторые - сгибанием крыла.
Интересно, что парение в большинстве случаев сопровождается кружением. При этом птица описывает большие или меньшие круги над одним и тем же местом, то поднимаясь, то опускаясь без малейшего движения крыльями.
При сильном ветре птица позволяет относить себя назад, держась в направлении, встречном ветру, постепенно поднимаясь и уменьшая быстроту движения. Достигнув наивысшей точки, птица круто повертывает назад и, постепенно опускаясь, приобретает значительную скорость, чтобы, описав дугу, стать опять против ветра и вновь подниматься в исходном месте.
Пульсирующий полет свойственен многим мелким птичкам: королькам, пеночкам, мухоловкам, но большой специализации он достигает у питающихся нектаром цветов птиц у нектарниц (Nectariniidae) Старого Света и в особенности у колибри (Trochilidae). Подлетев к цветку, колибри быстро махая крыльями, подобно бабочкам-бражникам, повисают в воздухе перед цветком, пока не высосут из цветка нектар. При этом они делают до 50 взмахов в секунду, так что движение крыльев заметить невозможно, а кажется, что птичка окружена туманным ореолом. Колибри при этом могут не только вертикально подниматься в воздух, но и единственные из птиц обладают способностью двигаться в воздухе задом.
С пульсирующим полетом сходен висячий, или трепещущий, полет, свойственный многим хищникам - пустельге, мохноногим канюкам, а также крачкам и некоторым другим птицам. Быстро махая крыльями, птицы повисают в воздухе над одним местом, высматривая добычу. Жаворонки тоже обладают способностью во время пенья висеть в воздухе.
Быстрота полета довольна различна у разных видов, как и у одной и той же особи, - в зависимости от условий полета. Для почтовых голубей установлена быстрота в 1000-1500 м в минуту.
Наиболее быстро летающей птицей считается стриж рода Chaetura - 2400 м в минуту; другие птицы имеют значительно меньшую быстроту полета, а именно: почтовые голуби - 1320 м (и до 1950 м) в минуту, скворцы - 1230 м, зимородок- 960 м, зяблик - 870, ворона - 840 м в минуту. В общем нужно заметить, что приведенные цифры дают среднюю нормальную скорость, тогда как временами скорость полета может быть значительно больше, например, у догоняющего добычу сокола или стремящейся избегнуть опасности вороны. Так, было установлено, что баклан, преследуемый аэропланом, пролетел 15 км со скоростью 105 км в час, тогда как средняя скорость его полета около 70 км в час.
В общем мелкие птицы развивают большую скорость полета, хотя каждый удар крыльев большой птицы дает в полете больший эффект. Так, среди отряда гусей чирок-свистунок весом 330 г летит со скоростью 1980 м в минуту, кряква весом 1250 г - со скоростью 1740 м в минуту, а серый гусь весом 3500 г со скоростью 1170 м в минуту.
Продолжительность полета без отдыха у птиц поразительна. Так, например, стрижи за исключением короткого отдыха ночью в длинные летние дни носятся в воздухе почти целые сутки. Некоторые кулики во время перелета пролетают пространство в 3000 км без отдыха.