Чи можна літати, як птахи?

Чи можна модифікувати тіло людини, щоб він міг літати, як птах?
З давніх часів людей надихає політ птахів. Вчені всіх епох намагалися створити орнітоптер – пристрій, що дозволяє людині піднятися в повітря, змахуючи крилами. Але як би вони не старалися, які б хитрі пристосування ні вигадували, всі спроби з використанням тільки м’язової сили людини були приречені на провал.

Виявляється, у птахів існує величезна кількість хитрих пристосувань, що сприяють польоту. Давайте в них розберемося і зрозуміємо, чи можуть вони бути у людини.
зовнішні пристосування

Почнемо з того, що птахи – феноменально сильні тварини. Грудні м’язи у них становлять 15-20% від маси тіла. Якщо збільшити голуба до розмірів людини, то це буде дуже потужний, сильна істота. У птахів є спеціальна кістка посередині грудей – кіль. До неї і кріпляться величезні м’язи, що відповідають за рух крил. Людина може накачатися до такого стану, але тоді він буде настільки важким, що не зможе підняти себе в повітря.

Наступний фактор, що дозволяє птахам літати, – вони дуже легкі! Багато кісток у птахів порожнисті усередині. Крім того, у птахів немає щелеп і зубів, а тільки легкий дзьоб. Вони покриті пір’ям, а пір’я при інших рівних набагато легше вовни, якою покриті інші тварини. І на ногах у птахів немає м’язів, там тільки сухожилля, які, як ниточки, рухають пальці. Коли будете їсти птицю, зверніть увагу на стегенце: м’ясо є тільки на стегні і гомілки. Це забезпечує як легкість, так і для більш обтічну форму тіла.
Звичайно ж, в польоті птаха потрібна хороша аеродинамічна форма. Притискаючи невеликі лапки до тіла, птиці домагаються дуже хорошою обтічності. Зверніть увагу, у птахів голова переростає в тулуб плавно, не так, як у нас.
Що стосується всіх цих пристосувань, то ми хоча б можемо уявити, що це можна зробити з людиною. Поки що це повинен бути беззубий качок з дуже маленькими тоненькими ногами. Але це далеко не все!

внутрішні пристосування
У птахів є ще певні внутрішні пристосування, що роблять можливим політ. В першу чергу це метаболізм.
Політ – це дуже енерговитратне захід. При польоті використовується в десятки і навіть сотні разів більше енергії, ніж при ходьбі. І сильні м’язи птахів необхідно постачати величезною кількістю кисню. Тому дихання у птахів доведено мало не до досконалості, і вони мають, мабуть, найефективнішою дихальною системою у всьому тваринному світі. Птахи використовують подвійне дихання, при якому кисень надходить в кров безперервно – і на вдиху, і на видиху.
Справа в тому, що для циркуляції повітря у птахів є спеціальні повітряні мішки, які займають до 20% від обсягу тіла. При вдиху повітря, багате киснем, затягується і в легені, і в повітряні мішки. При видиху він з мішків надходить в легені. Так що через легені постійно проходить свіже повітря, і кисень надходить в кров безперервно.

Більш того, серце у птахів щодо дуже велике: воно становить 0,8-2,5% від ваги тіла. І б’ється воно дуже швидко, у дрібних птахів – більше 1000 разів в секунду! Посилене серцебиття та подвійне дихання багаторазово підвищують метаболізм цих тварин, і це покриває високі енергетичні витрати, пов’язані з польотом.

Теоретична межа маси
Є ще один факт, який варто відзначити. Найважчою літаючим птахом є дрохва, її маса приблизно 20-22 кілограма. Важчих птахів не буває. Виходить, є якийсь теоретичний межа ваги?
При збільшенні розмірів збільшується маса тіла, тому повинні збільшуватися і підйомна сила, і потужність відповідно. Тільки вага тіла зростає пропорційно кубу розмірів, а м’язова потужність – пропорційно поперечному перерізі м’язів, тобто квадрату розмірів. Побудувавши графіки квадрата і куба, можна побачити, що спочатку сила м’язів і потужність зростають швидше, ніж маса, але в якийсь момент все змінюється. Якщо припустити, що дрохва знаходиться десь на перетині цих графіків, то людина – в області, де потужність вже занадто мала для польоту з крилами.

Що стосується величезних викопних птахів і птеродактилів масою до 200 кг, то вони навряд чи вміли вільно літати. Швидше за все вони просто планували з великої висоти. І тільки зрідка, ціною великих зусиль, могли набрати трохи висоти. Але існує багато гіпотез, що описують політ птеродактилів, і суперечки про це не вщухають досі.

Літак на мускульній тязі
І все ж варто відзначити, що певних успіхів людям вдалося домогтися. Правда, мова йде про літаки з нерухомими крилами, але на мускульною тязі. У 1988 році був поставлений рекорд дальності польоту на літаку, який приводився в рух мускульною силою. Грецький велосипедист Канеллос Канеллопулос перелетів на відстань 115 км трохи менше, ніж за 4 години!
А в 2013 році людині на м’язовому вертольоті вдалося провисеть в повітрі 64 секунд і досягти висоти більше 3 метрів. Що стосується махають крилами апаратів, то тут до сих пір особливих успіхів немає.
Так що навряд чи ми зможемо літати як птахи.

Посилання на основну публікацію