Авіаконструктори змагаються з Природою
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Нерідко можна чути: те, що «вигадала» природа, забезпечивши живі істоти всілякими «технічними» знахідками, ніякий конструктор у машині чи механізмі повторити не в змозі. Досконалість гідродинаміки у дельфінів, надчутливість ехолокації у кажанів, разюча економічність польоту птахів і комах — усе це гідно шанобливого захоплення будь-якого інженера: у металі, копіюючи природу, цього, мовляв, не досягти.
А чи так справи насправді? Якщо судити за результатами досліджень, проведених американськими вченими у сфері еволюційної морфології та екології тварин, то, наприклад, енергетичну досконалість літального апарату птахів можна навіть поставити під сумнів. Тільки судити про цю досконалість треба не так, як робилося досі.
Зазвичай літак і птаха порівнювали по відношенню до вагового навантаження до потужності. У птахів це відношення значно вище. Так, у білого ворона цей показник перевершує аналогічний у турбореактивного літака «Боїнг» у вісімдесят з лишком разів! Автори дослідження вважають: якщо птаху і літак порівнювати з урахуванням швидкості польоту, то виявиться, що за рівнем енергетичної досконалості птах не має якихось надзвичайних переваг. У того ж ворона швидкість за годину 36 кілометрів, а «Боїнга» — 890 кілометрів.
Порівнювали птахів з літаками і по-іншому, зіставляючи фактичну дальність польоту з кількістю витраченого пального. Піддослідними птахами були американські славки. Вимірювання показали, що славки, пролетівши 1300 кілометрів, втратили 0,165 стартової маси. А у літака «Лі-2» за дальності польоту 2090 кілометрів відносна втрата маси становить 0,182.
Отже, авіаконструктори можуть вдоволено потирати руки: їх твори за своїми технічними даними не поступаються творам Природи? Судячи з наведених даних, так. Але чи можна безпосередньо вводити до уваги, припустимо, теплотворну здатність бензину та жиру (він — «паливо» у птахів), не враховуючи енергетичні витрати, що пішли на видобуток нафти, виробництво палива? І потім: те, що швидкість у птахів менша, не завжди мінус. Відомо, наприклад, що надзвукові авіалайнери енергетично менш досконалі, ніж звичайні, поршневі, порівняно тихохідні літаки. Чи не виявиться в кінцевому підсумку, що найбільш енергетично досконалим стане літальний апарат Ікара — м’яз з крилами, і авіаконструкторам все-таки доведеться скористатися винайденим Природою принципом крила, що махає?