Феномен невозможности полета пчелы

Согласно всем законам авиации полет пчел и шмелей просто невозможен. Их крылышки слишком малы, чтобы поднять с земли в воздух толстые и неповоротливые тела. Пчела, конечно, плевать хотела на подобные правила, и преспокойно летает с цветка на цветок.

Идея о невозможности полета пчелы обсуждается учеными уже более 80 лет. И даже превратилась в нашу эпоху в интернет-мем. Но самом деле это абсолютная чепуха, потому что наука знает, какой принцип полета у пчелы.

Источник мифа отсылает нас к истории, которая произошла с одним швейцарским физиком, которому во время обеда милая дама задала вопрос: почему пчела или шмель летают, если у них слишком маленькие крылышки по отношению к телу? Физик сделал грубые подсчеты на обратной стороне салфетки и пришел к выводу, что, действительно, подобные насекомые нарушают все правила аэродинамики и летать не могут.

И уж конечно, физик во время грубых расчетов сделал ряд не совсем правильных приближений, главные из которых в том, что он рассматривал крыло пчелы как неподвижное крыло самолета, а обтекание профиля крылышка насекомого воздушными потоками рассмотрел через призму линеаризованной теории, считающей, что воздух во время полета движется ламинарными течениями, то есть ровными слоями и с минимальными колебаниями. Разумеется, такой поход абсолютно не верный. Если вы с помощью приближений в научной теории пытаетесь доказать, что переменная Х - невозможна, а она откуда-то появляется, то это не значит, что наука ошибается, предлагая неверные формулы, просто вы используете плохую аппроксимацию.

Ну а как же летает пчела?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо понять, что методы приблизительных расчетов не дают нам полную картину, так как не учитывают турбулентные потоки, возникающие вокруг крылышка насекомого. Полное аэродинамическое исследование вращений и взмахов пчелиных крыльев показало, что во время колебательного цикла на их кромках возникает срыв воздушного потока, приводящий к сильной турбулентности. Тот же эффект виден у самолета, когда с законцовок крыла срывается воздушный поток. Авиалайнеру турбулентность не нужна и даже вредна для него, а вот насекомые без нее не смогут летать в воздухе. Вихри над крылышком пчелы создают сильную подъемную силу, которая помогает ей легко взлетать даже с неповоротливым и тяжелым телом. Швейцарский ученый при расчетах ошибся, потому что не учел, насколько велика эта подъемная сила, которая заметно влияет на аэродинамику, и этим нельзя пренебрегать при аппроксимации.

В дополнение стоит сказать, что пчеле помогает ее малый размер. В этом случае на обтекаемый воздухом объект начинает влиять число Рейнольдса, которое характеризует переход от ламинарного потока к турбулентному и указывает на повышение вязкости среды.

Если говорить простыми словами: из-за того, что размеры пчелы такие маленькие, а взмахи крылышек такие быстрые, что воздух вокруг насекомого превращается в густой сироп (а может быть мед?), который позволяет объекту более энергично и легко забираться вверх, чем мы, более крупные существа, можем интуитивно себе представить.

За всем этим, разумеется, стоит более сложная физика. Но основной момент в том, что крылышки намеренно делают срыв потока и образуют вихри турбулентности для подъемной силы, а малые масштабы позволяют телу пчелы оказаться в более вязком режиме воздушной среды.

Смогут ли люди летать подобно пчелам?

Скорей всего, нет. Тела людей слишком крупные, чтобы обработать воздух вокруг себя, превратив его вязкую среду, что прекрасно удается пчелам. К тому же вертикальные подъемные вихри можно создать более простым способом, к примеру, как это делает вертолет, и не изобретать складывающиеся крылья как у пчелы.

Источник Фото Unsplash Josephine Amalie Paysen