Фізика у світі тварин: колібрі та її політ

Колібрі — невеликі за розміром птахи, які мешкають і в Північній, і в Південній Америці. Існує 330 видів колібрі, причому переважна більшість – це яскраво забарвлені птахи дуже невеликого розміру. Важать колібрі лише кілька грамів. Максимальний розмір одного з видів колібрі майже дорівнює розміру звичайного шпака. Найменша колібрі важить 2 грами, довжина її тіла лише кілька сантиметрів.

Колібрі примітні не лише розміром. Справа в тому, що ці птахи – майстри польоту високого класу. Вони можуть літати практично в будь-якому напрямку, зависати у повітрі, здійснювати вертикальний зліт та посадку. Зависати на місці можуть і інші птахи, але колібрі перевершують всі інші види, зупиняючись на одному місці надовго і без видимих ​​зусиль.

Під час польоту на місці колібрі доводиться виписувати крилами вісімку. Завдяки цьому птах тримається у повітрі у вертикальному положенні. Швидкість помахів крил колібрі величезна - близько 50-80 помахів за секунду. Але це не межа. Доглядаючи самку самець одного з видів колібрі робить більше 200 помахів за секунду. Розгін до максимальної швидкості та миттєва зупинка у цих птахів відбувається практично миттєво, лише за кілька секунд. Швидкість невеликої пташки досягає 50 км/год, що справді багато для такої невеликої істоти.

За словами Дугласа Уорріка [Douglas Warrick] з університету Орегона (Oregon State University), колібрі використовують стиль польоту, який є проміжним між стилем птахів та стилем комах. У процесі польоту ці тварини отримують близько 25% підйомної сили руху крил вгору і 75% від руху вниз.У комах справа дещо інакше: від руху крил вгору і вниз тіло отримує близько 50% підйомної сили. Більшість птахів тіло отримує підйомну силу переважно від руху крил униз.

Крістофер Кларк [Christopher Clark] з Університету Каліфорнії за допомогою швидкісної камери відобразив момент входження колібрі в піку. Проведені розрахунки показали, що колібрі розвивають швидкість приблизно 400 корпусів в секунду. Це більше, ніж у включеного на форсажі реактивного винищувача або шатла, який входить в атмосферу Землі. Незважаючи на швидкість, колібрі та гальмують практично миттєво, про що вже згадувалося. Так швидко зупиняти рух можуть дуже небагато організмів, здатних літати.

Колибри перевершують у мистецтві польоту переважна більшість птахів. Та й структура тіла, будова крил у них відрізняється від усіх інших пернатих. Для того, щоб отримати можливість так швидко махати крилами, колібрі повинні мати короткі та прямі кістки плеча та передпліччя. Кістки крил – міцні та легкі завдяки тому, що вони порожнисті. Структура самого крила дуже жорстка завдяки тому, що низка суглобів просто не рухається.

Плечові суглоби гнучкі. Завдяки цьому вони можуть рухатися у будь-якому напрямку. Також вони можуть обертатись приблизно на 180 градусів. Плюс до всього, колібрі можуть змінювати кут крила зміни траєкторії руху. На це здатне дуже мало видів птахів. Крім кісток, мають бути й потужні м'язи. У колібрі маса м'язів крил становлять близько 40% усієї маси тіла.

Для забезпечення м'язів киснем під час роботи потрібний ще й кисень. Його колібрі отримують завдяки розвиненій дихальній системі, що включає 9 повітряних мішків.Вони складають із легкими єдину систему. Під час руху м'язи виштовхують повітря з цих мішечків, завдяки чому легені одержують додаткові порції кисню.

Забезпечити весь організм киснем – непросте завдання. Але з нею справляється велике серце, яке займає приблизно половину тіла птаха. Воно прокачує кров, забезпечуючи приплив кисню до всіх тканин та органів колібрі. Частота серцевого ритму у разі колібрі – 500 ударів на хвилину у стані спокою. Під час польоту пульс птиці пришвидшується до 1200 ударів на хвилину. Дихання теж дуже швидке - аж до 600 циклів вдих-видих за хвилину.

Для такої активної роботи потрібні поживні речовини. Більшість колібрі отримує достатню кількість енергії з нектару - дуже калорійної речовини, яка практично миттєво переробляються травною системою птиці. За день ряд видів невеликих колібрі, які харчуються нектаром, споживають вдвічі більше їжі, ніж важать самі. Майже вся енергія витрачається на політ. В активному стані тіло колібрі нагрівається приблизно до 42 °С. Вночі температура падає до 15-22°С. Дуже небагато теплокровних тварин здатні вижити при такій різкій зміні температури тіла.

Для видобутку потрібної кількості їжі колібрі використовують свій довгий дзьоб, здатний проникнути глибоко в чашку квітки. Деякі види колібрі надходять ще оригінальніше, проколюючи дзьобом основу квітки, якщо не можуть дістатися нектару звичайним способом. Для видобутку нектару використовується і довга мова, яка має спеціальну форму. Ця форма допомагає нектару залишатися мовою тоді, коли колібрі вирішили підкріпитися.

Нектар захоплюється мовою і завдяки формі мови надходить прямо в горло.Щоб забезпечити свій організм достатньою кількістю енергії, ряд видів колібрі повинні харчуватися дуже часто – кожні 10-20 хвилин. Літати птахи можуть і під дощем – це необхідно для їхнього виживання. Якби колібрі не могли літати під дощем, це поставило б під загрозу виживання ряду видів.

Дивують колібрі ще й тим, що здатні перелітати на великі відстані. Наприклад, рубіногірлий колібрі на зимівлю перелітає з Канади до Мексики та Панами. Відстань перельоту складає 5000 км. Середня швидкість польоту – близько 50 кілометрів на годину. Далеко не всі великі птахи здатні витримати такий тривалий і виснажливий переліт, не кажучи вже про дрібні пташки.

Вчені стверджують, що колібрі просто створено для польоту. Навряд чи буде перебільшенням сказати, що колібрі є найкращими літунами у світі.