Скорость и дальность полета

Начало, поддержание и прекращение полета

Для того, чтобы взлететь, многие насекомые подпрыгивают. Если насекомое сидит на растении, оно отталкивается от него. В любом случае, ноги животного лишаются опоры, крылья начинают работать и насекомое летит. Именно конечности являются той инстанцией, которая запускает летательные движения. Если дотронуться до конечностей летящего насекомого, то летательные движения прекращаются. Итак, рефлексы запуска и торможения полета представляют собой безусловный рефлекс, проявляющийся на уровне грудных ганглиев. Установлено, что основным источником тормозных влияний на полет насекомого служит протоцеребрум, оттуда же поступают сигналы, активирующие работу летательного аппарата насекомого, т.е. в конечном счете, взлет и посадка насекомых контролируется головным мозгом. Например, саранча заранее дает установку локомоторным центрам грудных ганглиев на прыжок или полет, поскольку она заранее решает, что ей делать – взлететь или совершить прыжок. Но полет вызванный только удалением опоры из-под ног насекомого оказывается непродолжительным. Для поддержания длительного полета насекомым требуется дополнительная ветровая или иная стимуляция рецепторов отдельных областей тела.

Установлено, что у стрекозы-коромысла ветрочувствительные рецепторы локализованы спереди в нижней части головы. У американского таракана ветрочувствительные рецепторы находятся на антеннах. У перелетной саранчи такие рецепторы находятся на поверхности головы и у основания крыльев. Итак, исчезновение опоры и появление опоры запускает и прекращает полет, а встречный поток воздуха, воздействуя на ветрочувствительные рецепторы, поддерживает длительность полета, но все это происходит под контролем протоцеребрума.

С функциональной точки зрения полет бывает активным и пассивным. Активный полет осуществляется за счет энергии мышечных сокращений. Пассивный полет основан на использовании энергии внешней среды, а также массы тела насекомого. Активный полет осуществляется всегда в форме машущего полета или его разновидности трепещущего полета (стоячего). При стоячем типе активного полета насекомое зависает в воздухе над определенным местом. Этот тип полета требует определенной и весьма совершенной координации движений. Им обладают немногие насекомые. Например, разнокрылые стрекозы, мухи-сирфиды, пчелы, некоторые бабочки.

Существует три типа пассивного полета: парашютирующий, планирующий и парящий. Но основным является активный полет. Он характеризуется скоростью полета, ритмом крыловых ударов и дальностью полета. Полет наиболее быстрый и экономичный способ передвижения насекомых. Подсчитано, что полет пчелы на 78 м по затратам энергии эквивалентен всего лишь 3 м ходьбы. Скорость полета насекомых различных видов различна. На передвижение насекомых в воздухе сильное влияние оказывает ветер. Рассмотрим скорости полета некоторых насекомых относительно земли в отсутствие ветра.

Златоглазка (сетчатокрылые)	– 0,6м/с или 2,2 км/час
Комнатная муха (двукрылые)	– 2,0м/с или 7,2 км/час
Майский хрущ (жесткокрылые)	– 3,0м/с или 10,8 км/час
Пустынная саранча (прямокрылые)	– 3,5м/с или 12,6 км/час
Шмель (перепончатокрылые)	– 5,0м/с или 18,0 км/час
Плоская стрекоза (стрекозы)	– 10,0м/с или 36,0 км/час
Бражник (чешуекрылые)	– 15,0м/с или 54,0 км/час

Учитывая малые размеры тела насекомых, следует считать эффективность работы их крылового аппарата исключительно высокой. Высокие скорости передвижения могут быть достигнуты у насекомых лишь за счет большой частоты работы крылового аппарата. И действительно, частота ударов крыла в единицу времени у летающих насекомых, особенно мелких форм, исключительно велика. Например,

Махаон	– 5 крыловых ударов/сек.
Желтушка	– 8 крыловых ударов/сек.
Капустная белянка	– 12 крыловых ударов/сек.
Бражник	– 85 крыловых ударов/сек.
Пустынная саранча	– 18 крыловых ударов/сек.
Перелетная саранча	– 18 крыловых ударов/сек.
Плоская стрекоза	– 20 крыловых ударов/сек.
Коромысло	– 28 крыловых ударов/сек.
Майский хрущ	– 46 крыловых ударов/сек.
Божья коровка	– 91 крыловых ударов/сек.
Меховой кожеед	– 175 крыловых ударов/сек.
Оса-шершень	– 110 крыловых ударов/сек.
Шмель	– 240 крыловых ударов/сек.
Пчела	– 250 крыловых ударов/сек.
Комар-пискун	– 307 крыловых ударов/сек.
Комнатная муха	– 330 крыловых ударов/сек.
Комар-дергун	– 1046 крыловых ударов/сек.

При сопоставлении данных о скорости полета и частоте крыловых ударов выявляется парадоксальная ситуация – большую скорость полета имеют насекомые, обладающие относительно небольшими ритмами крыловых ударов. Но противоречие это только кажущееся, поскольку насекомые с невысокими частотами ударов крыльев являются наиболее крупными особями, площадь крыловой поверхности которых во много раз превышает таковую мелких форм. Площадь крыльев стрекоз и бабочек составляет несколько тысяч квадратных миллиметров, мух – несколько десятков, комаров – лишь несколько квадратных миллиметров. У мелких форм насекомых высокая частота крыловых биений обеспечивает достаточную скорость передвижения их в воздухе не впрямую, а с использованием важного аэродинамического фактора. Этот фактор – число Рейнольдса. Это безразмерная величина, дробь – в числителе находится произведение скорости движения жидкости относительно тела на некоторую длину; в знаменателе – кинематическая вязкость жидкости. В случае полета это будет произведение размаха крыльев насекомого на скорость его перемещения относительно воздуха, деленное на кинематическую вязкость воздуха – 0,14 см²/сек.

Оказалось, что если число Рейнольдса меньше 100 – начинает возрастать коэффициент лобового сопротивления. Именно эта опасность угрожает мелким насекомым. Как же могут мелкие виды увеличить область чисел Рейпольдса, в которой работают крылья. Они не в состоянии увеличить размеры своего крыла и изменить вязкость воздуха. Остается единственный путь: повысить насколько возможно скорость движения крыла относительно воздуха. Именно так и поступают мелкие насекомые, максимально увеличивающие ритм крыловых ударов.

Максимально возможная дальность беспосадочных перелетов многих насекомых не известна. За насекомыми трудно следить, они никогда не летят до изнеможения и в обыденной жизни преодолевают без отдыха сравнительно небольшие расстояния. Комнатная муха в условиях комнаты пролетает всего несколько метров и садится. Если муху лишить возможности посадки – она пролетает несколько сот метров. Но известно, что мухи способны к миграционным полетам. Малярийный комар преодолевает без посадки около 3 км, примерно столько же пролетают пчелы за нектаром. Многие стрекозы и бражники способны без отдыха пролетать многие сотни километров. Стрекоз видели на расстоянии 550 км от ближайшей суши в Карибском море. Бабочка монарх из бражников способна перелетать с острова Куба на полуостров Флорида – это свыше 500 км. Стаи пустынной саранчи перелетели без отдыха с Северо-Западной Африки на Британские острова – это 2400 км над волнами Атлантического океана.

Дата добавления: 2014-01-04