Літати як птахи, плавати як риби. Продовження.

У річках, озерах, морях і океанах мешкає близько 12 тисяч видів риб. Всі вони чудові плавці. Якщо творіння рук людських – літаки і ракети – далеко обігнали птахів по швидкості і висотності польотів, то у водній стихії риби поки міцно утримують першість за всіма показниками. Багато видів риб здатні рухатися швидше будь-яких кораблів, у тому числі надводних, а вже щодо маневреності і говорити не доводиться.

У Кенсингтонському музеї (Англія) зберігається шматок дубового корабельного шпангоута, покритого шаром картону та обшитого міддю. Цей шпангоут наскрізь пробитий страшним «кинджалом» меч-риби. Покійний академік А. Н. Крилов підрахував, що для такого удару риба повинна була мати швидкість 90-100 кілометрів на годину. Якщо так, то цікаво провести подальші підрахунки. Для отримання швидкості 100 кілометрів на годину меч-риба повинна подолати гідродинамічний опір, рівний 135-140 кілограмам, тобто розвинути тягу такої величини. А це означає, що її хвіст відкидав в секунду приблизно 45-50 літрів води!

Справедливості заради відзначимо, що рибам таки легше пристосуватися до умов проживання, ніж птахам. Адже їх оточує тільки одне, притому більш-менш однорідне за складом і температурою середовище. А птахи живуть і на землі, і на деревах, і на воді, і в повітрі. Так от, риби пристосувалися до свого середовища проживання, можна сказати, ідеально. Однак у чому конкретно полягає пристосованість риб до життя і руху у воді, іхтіологія, по-моєму, виявила ще не до кінця. А це надзвичайно цікаво.

Взяти хоча б такий разючий факт. Обміри і зважування самих різних риб дають один і той же результат: питома вага виходить вельми близькою до одиниці. Це справедливо і для величезної акули і для крихітного малька. Але за законом Архімеда рівнодіюча сил тиску важкої нестисливої рідини на занурене в неї тверде тіло спрямована по вертикалі догори і ця сила дорівнює вазі рідини, витісненої тілом. І виходить, що вага витісненої води в точності дорівнює вазі риби. Звідси прямий висновок: будь-яка риба у воді невагома!

Стало бути, риби – це своєрідні «космонавти» водної стихії, вони давним-давно освоїли управління тілом в стані невагомості, яке людині ще належить освоїти. Правда, для риб завдання переміщення у воді в 800 разів простіше, ніж буде для міжпланетних мандрівників в атмосфері ракети, бо у стільки разів щільніше середовище. Знаючи про невагомість риб у воді, можна правильно пояснити такі речі, як тривалі «стоянки» деяких риб без найменших рухів плавцями, як стрімкий старт з поворотом у будь-якому напрямку і багато іншого.

Добре відомо, що риба завдяки своїм відмінним гідродинамічним формам відчуває мінімально можливий опір води. І проте, не можна пояснити стрімкість і легкість руху риб тільки цією обставиною, як роблять досі. Не може бути сумнівів, що величезну роль при русі риби грають луска і зябра.

У більшості риб платівки луски покриті склоподібним шаром епідермісу і слизом. Вони не тільки добре ковзають у воді, але і, подібно оперенням птахів, організують ламінарний прикордонний шар води при русі риби. Але, мабуть, ще більше значення мають зяброві щілини. У курсах зоології та іхтіології одностайно стверджується, що зябра служать рибам для дихання. Це, безсумнівно, але знову-таки неповно.

Подивимося, як діють зябра у риб. С. В. Аверіщев в курсі зоології дає ясну і точну картину: «Коли шкірні складки, що прикривають зяброві щілини, дещо піднімають, діючи як клапани насоса, вода з ротової порожнини спрямовується всередину зябрових щілин, віддаючи розчинений кисень зябровим листочкам. Після того, як зяброві щілини відкриваються, вода з них спрямовується назовні. У цьому процесі бере участь мускулатура ротової порожнини і глотки … »

Отже, зяброві щілини безперервно викидають тонкі і сильні струмені води уздовж тіла риби у напрямку до хвоста. Всі фахівці (і не тільки фахівці) прекрасно це знають, але нікому досі не прийшло чомусь в голову дати належну оцінку явищу. А оцінка напрошується сама собою: зябра здувають прикордонний шар, сприяючи ламінарному обтіканню риб’ячого тіла. Згадайте описане в попередній статті пристосування для сдуву прикордонного шару з літакових крил – і аналогія стане гранично ясною.

Щоб повніше показати величезне значення зябер для руху риби, треба пригадати, що в гідродинаміці називають приєднаною масою. Рухаючись у в’язкій рідині (а вода має певну в’язкість), тіло за законом тертя захоплює із собою деякий довколишній об’єм рідини. Маса цієї рідини як би приєднується до маси тіла, і на її марне переміщення доводиться витрачати додаткову енергію. Теорія дає можливість підрахувати приєднану масу для тіл різної форми. Наприклад, приєднана маса рухомої в рідині кулі складає половину маси рідини в обсязі цієї кулі. Неважко зробити висновок, що чим менше виявиться приєднана маса, тим легше тілу пересуватись. Так от, робота зябер допомагає рибі позбавлятися і від приєднаної маси. І це – на додаток до того, що обтічні форми риби і без того утримують навколо тіла досить малий об’єм води. Нарешті, викидаючи струмені води назад, зябра створюють реактивну силу, яка в повній згоді з третім законом Ньютона штовхає рибу вперед, знову-таки допомагаючи руху.

Є у риб ще один орган, призначення якого вивчено досі недостатньо. Я маю на увазі так званий плавальний міхур, наявний у костистих риб, що мешкають на невеликих глибинах. Встановлено, що міхур цей не єднається із зовнішнім середовищем, а наповнюючі його гази виділяються з крові. Призначення міхура описується в підручниках зоології таким чином. Коли риба бажає опуститися глибше, її бічні м’язи скорочуються, стискають стінки міхура. Загальний обсяг риби від цього зменшується, питома вага збільшується, і риба «тоне». При необхідності спливти м’язи розслабляються, і міхур в силу пружності газів збільшується в об’ємі. Питома вага зменшується, і спливає.

Проти такого тлумачення свідчить наш висновок про невагомість риб у воді і прямі спостереження. Справді, просидите біля акваріума хоч рік – ви не побачите, щоб риба «тонула» або спливала в горизонтальному положенні, не працюючи плавниками. Так не буває. Бажаючи піти у глибину, риба за допомогою грудних і черевних плавників нахиляє тіло донизу, а потім за допомогою хвоста просувається вперед. Точно так само, але в зворотному порядку діє риба при спливанні.

Тому моє припущення полягає в тому, що міхур лише допомагає рибі зберігати форму тіла під тиском навколишньої рідини – ту форму, яка так потрібна для хорошої обтічності. Можливо також, що міхур регулює питому вагу риби, але не в бік її зміни щодо середовища, а саме для зрівнювання з щільністю навколишньої рідини. Коли риба оглушена, ця автоматична мікрорегуляція порушується і риба спливає або тоне.

Можна згадати у зв’язку з цим, що глибоководні риби взагалі позбавлені міхура – і проте вміють опускатися і підніматися в межах своєї зони проживання. Так що для риб’ячого міхура у всякому випадку не підходить слово «плавальний».

НЕ НАСЛІДУВАТИ, АЛЕ …

– Що ж пропонує автор! – Можливо, запитає читач. – Будувати літаки в пір’ї або підводні човни з зябрами!

Поки про це мова не йде. Думаю, що пильне вивчення живої природи зробить вплив і на майбутні літальні апарати (скажімо, вертольоти, орнітоптери) і на підводні кораблі. Один з прикладів впливу анатомії птахів на думку конструктора – літак на підводних крилах.

Однак писати про все це потрібно окремо. Мені хочеться нагадати зовсім про інше. Людині не дано сьогодні літати за допомогою м’язової сили, не дуже впевнено почуває вона себе і у воді. Але все-таки люди пускаються в невеликі польоти і забираються під воду. Згадайте гірськолижників, які роблять 80-метрові стрибки-польоти, поспостерігайте за любителями акваланга або стрибунами у воду з вишки. Це не все: у повоєнні роки широко поширився особливий вид парашутного спорту – управління тілом в повітрі під час вільного падіння. Парашутисти навчилися виконувати такі, наприклад, вправи: відокремившись від літака, прийняти горизонтальне положення, розташуватися собою до викладеного на аеродромі хреста; через десять секунд проробити спіраль, тобто описати повний круг; ще через десять секунд виконати спіраль в протилежну сторону, потім розкрити парашут. Це вже майже пташиний політ, чи не так!

Нарешті, є ще дещо, гідне роздумів. Чому, скажімо, стрибуни з жердиною не можуть перевалити п’ятиметровий рубіж! Де межа для звичайних стрибків у висоту! Чи не можна створити якийсь абсолютно новий, надшвидкісний стиль плавання! Як групуватися в повітрі, щоб у потрійному стрибку «полетіти» далі 17 метрів! Мені здається, що вивчення аеро- і гідродинаміки живої природи допоможе вдумливим тренерам і спортсменам підвищити свої результати – особливо в бігу, стрибках, лижному спорті, плаванні.

І нарешті, останнє. Проблема польоту людини на крилах не видається мені абсолютно безнадійною. Звичайно, «крилаті люди» – поки фантазія. Але можливо, що наші молоді сучасники отримають мускульні крила – спершу для стрибків з висоти, у висоту і довжину. А коли-небудь стрибки переростуть у польоти.

Автор: Г. Баликів.