Как муха на потолок садится?
Мухи
Чему летчики-истребители могли бы давно научиться у комнатной мухи?
В фильме советских времен «Торпедоносцы» штурман бомбардировщика изводил своего новичка-стажера вопросом, как муха садится на потолок – с переворотом или с «бочки»? Во времена создания фильма, а тем более, описанных в нем событий (Великая Отечественная война), еще не было такой фигуры высшего пилотажа, как «кобра Пугачева». Иначе это называется аэродинамическим торможением. Самолет, выполняющий «кобру», задирает нос кверху (это называется управлением по тангажу с выходом на сверхбольшие углы атаки и относится к режимам сверхманёвренности реактивного самолёта – но нас это не столь сильно интересует, ибо мы не летчики), поворачивается почти перпендикулярно направлению движения, резко сбрасывает скорость из-за торможения струей набегающего потока и потом снова выравнивает свой прежний курс без сваливания в штопор. Сложный маневр, большие перегрузки, только опытные летчики могут такое выполнить после многочисленных тренировок. А вот муха так каждый день делает. Раз по сто. А то и больше.
Так как же муха садится на потолок и при чем тут «кобра Пугачева»?
Выяснилось, что приземление на потолок у мухи происходит в четыре стадии.
При подлете к потолку муха задирает нос вверх и вытягивает вперед передние лапки. Хватаясь лапками за потолок, муха пользуется оставшейся от полета инерцией, прижимается к потолку и зацепляется остальными лапками. То есть выполняет комплекс движений, характерный для сверхманевренного истребителя, выполняющего «кобру Пугачева». Интересно, правда?
С помощью высокоскоростной съёмки ученые изучили, какие маневры при приземлении на потолок совершает черноголовая синяя муха (Calliphora vomitoria). Во время эксперимента фиксировалось движение крыльев, лапок и положение тела в процессе посадки. Также ученые следили за зрительными стимулами, на которые реагирует насекомое, в частности, за скоростью увеличения изображения приближающегося потолка на сетчатке глаза. Исследователи предположили, что по ней животное может оценить примерное время до возможного столкновения.
С помощью высокоскоростной съёмки ученые изучили, какие маневры при приземлении на потолок совершает черноголовая синяя муха (Calliphora vomitoria). Во время эксперимента фиксировалось движение крыльев, лапок и положение тела в процессе посадки. Также ученые следили за зрительными стимулами, на которые реагирует насекомое, в частности, за скоростью увеличения изображения приближающегося потолка на сетчатке глаза. Исследователи предположили, что по ней животное может оценить примерное время до возможного столкновения.
If a building becomes architecture, then it is art
Сначала насекомое резко ускоряется вверх, перпендикулярно направлению первоначального движения, то есть, если использовать аналогию с маневрами самолета, выполняющего «кобру Пугачева», задирает нос. После этого происходит переворот тела (то есть муха выходит на большой угол атаки), затем наше животное вытягивает лапки вверх и цепляется ими за потолок, а в конце маневра – доворачивает свое тело относительно ног, уже жестко прикрепленных к поверхности. Весь процесс занимает около 60 миллисекунд и примерно 10 взмахов крыльев.
Кроме того, ученые выделили несколько закономерностей при маневрировании. В частности, чем ниже при приземлении вертикальная скорость и выше – горизонтальная, тем меньшая степень переворота нужна для успешного приземления. При выполнении «кобры Пугачева» используется совершенно аналогичная техника пилотирования. Законы физики и механики – их нельзя отменить.
Кроме того, ученые выделили несколько закономерностей при маневрировании. В частности, чем ниже при приземлении вертикальная скорость и выше – горизонтальная, тем меньшая степень переворота нужна для успешного приземления. При выполнении «кобры Пугачева» используется совершенно аналогичная техника пилотирования. Законы физики и механики – их нельзя отменить.
Говорят, что маневр «кобра Пугачева» впервые получился у пилота истребителя случайно. Летчикам-испытателям понравилось, выглядело эффектно и крайне необычно, позволяло уходить от ракет противовоздушной обороны с активным наведением, а также получать преимущество в ближнем бою в условиях быстрого маневрирования. Случайно, говорите? А нам кажется, это летчики у мух подглядели. Недаром еще штурманов военных бомбардировщиков-торпедоносцев – летающих утюгов – такой вопрос мучал. Советские пилоты-истребители освоили этот маневр примерно в начале 1980-х, а мухи – несколько миллионов лет назад. Если бы инженеры чаще наблюдали за мухами, глядишь, и еще что полезное почерпали бы из их набора необычных свойств.
Оптический посадочный комплекс мухи
Аналогичная проблема возникает при посадке авиатехники на палубу движущегося авианесущего корабля.
Если бы инженеры чаще наблюдали за мухами, глядишь, и еще что полезное почерпали бы из их набора необычных свойств.
Например, уже упоминавшийся оптический посадочный комплекс визуальной информации о положении мухи относительно заданной глиссады снижения на заключительном этапе захода на взлетно-посадочную полосу авианосца потолок. Аналогичная проблема возникает при посадке авиатехники на палубу движущегося авианесущего корабля.
Например, уже упоминавшийся оптический посадочный комплекс визуальной информации о положении мухи относительно заданной глиссады снижения на заключительном этапе захода на взлетно-посадочную полосу авианосца потолок. Аналогичная проблема возникает при посадке авиатехники на палубу движущегося авианесущего корабля.
Странное дело, возможно, опять случайность: даже чисто визуально (трудно что-то определенное сказать про технические характеристики) комплекс посадочных огней авианосца очень похож на строение глаз мухи. Это подсказка.
При посадке истребителя на палубу авианосца горизонтальная скорость гасится специальным устройством, которое называется гак – это такая здоровенная штанга с крючком, который цепляется на трос аэрофинишера, натянутый поперек движения самолета низко над палубой. Авианосец, идущий полным ходом, особенно по неспокойному морю, находится в движении и испытывает бортовую и килевую качку, несмотря на свои гигантские размеры. Посадка движущегося самолета (посадочная скорость 240 км/ч) на движущийся корабль – крайне нетривиальная задача. Причем оба объекта движутся во всех трех плоскостях. Чтобы точно попасть на палубу, летчику мало иметь супер-способности, ему необходимо прицелиться. Прицеливание садящегося на палубу авианосца истребителя происходит с использованием визуального оптического комплекса, основой которого служат разноцветные линзы Френеля.
Исследователи, изучавшие систему посадки мухи на потолок, определили, что сигналом к началу приземления с переворотом становится пороговое значение скорости увеличения изображения потолка на сетчатке глаза. Зрительными стимулами также определяется необходимость в довороте тела после приземления и дополнительных движениях тела и ног. При этом муха в процессе посадки способна корректировать рысканье по тангажу и по курсу. А это ведь абсолютно так же работает, как корректировка при помощи оптического посадочного комплекса при заходе истребителя на палубу авианосца!
Комплекс посадочных огней авианосца в виде линз Френеля включает в себя вертикальный ряд желтых огней между двумя горизонтальными рядами зеленых огней. Как объясняют морские летчики, при помощи цепочки огней и зеркал, и взаимного расположения зеленых и желтых огней между кораблем и летчиком устанавливается визуальная связь, которяа сигнализирует пилоту и правильном курсе, пилот видит, идет ли он на посадку ровно по центру, и правильный ли у него угол глиссады.
Комплекс посадочных огней авианосца в виде линз Френеля включает в себя вертикальный ряд желтых огней между двумя горизонтальными рядами зеленых огней. Как объясняют морские летчики, при помощи цепочки огней и зеркал, и взаимного расположения зеленых и желтых огней между кораблем и летчиком устанавливается визуальная связь, которяа сигнализирует пилоту и правильном курсе, пилот видит, идет ли он на посадку ровно по центру, и правильный ли у него угол глиссады.
Похоже, мухи и тут людей обогнали, разработав и успешно применяя аналогичную систему уже много миллионов лет. К сожалению, про посадочный комплекс мухи ученым пока известно не так много. Потому что он реально сложный. А оборонный заказ на исследования им никто не дает. На такую разработку.
А как муха цепляется лапками к потолку? У мухи на кончиках лап есть специальные подушечки. Они покрыты волосками, которые заканчиваются утолщенными кончиками. Раньше думали, что это присоски для удержания на гладких поверхностях. Но изучение лапок мух с помощью электронного микроскопа показало, что эти подушечки – вовсе не присоски, а специальные железы, выделяющие секрет, содержащий смесь сахара и жира (гадость, верно? Впрочем, это почти точный рецепт мороженого). С помощью этого секрета лапки мухи прилипают к гладкой поверхности потолка. Истребителю такое, конечно, не нужно (хотя, как сказать, некоторым истребителям очень даже нужно, но про это немного позже), но вдруг понадобится какому-нибудь спецагенту? Но есть нюанс.
Хорошо, к потолку прилипли. А как теперь отлипнуть? Как оторвать лапку от поверхности? Оказалось, что мушиная лапка не отрывается перпендикулярно поверхности, а отслаивается, сдвигается под большим углом к ней. В этом случае сопротивление на отрыв в разы меньше, так как при этом подушечки отстают от поверхности небольшими участками, ряд за рядом, а не одновременно по всей площади лапки. Если вы прилепили хороший скотч к обоям, и тут пришла домой мама, то вы хорошо можете себе это представить: оторвать приклееный скотч от стены медленно, аккуратно и постепенно – легко, а вот оторвать перпендикулярно поверхности без куска обоев почти невозможно. Учитывайте уроки обыкновенной мухи, иначе мама вас накажет за испорченный ремонт
Изучайте зоологию, она дает ответы на очень сложные жизненные вопросы, например, как выйти из штопора, то есть из закритического угла атаки, по-научному. Или, там, как на потолок правильно сесть. Изучайте зоологию, пригодится в жизни, гарантируем.
“
Это была история про то, как муха садится на потолок. А как она вообще умудряется летать – про это отдельная история.
В музее есть отдел, посвященный насекомым – раздел науки, которая их изучает, называется энтомологией. Энтомологическая коллекция нашего музея – одна из самых обширных и объемных. Она занимает всю галерею зала Сравнительной анатомии и еще целый этаж в южном крыле здания. Коллекцию мух курирует один из старейших сотрудников музея Андрей Леонидович Озеров. Сейчас она насчитывает более 20 000 экземпляров.
Если одна посадка мухи на потолок вскрывает такой пласт вопросов, то сколько же тайн хранит вся коллекция?
Задумайтесь об этом, когда придете в Зоологический музей.
В музее есть отдел, посвященный насекомым – раздел науки, которая их изучает, называется энтомологией. Энтомологическая коллекция нашего музея – одна из самых обширных и объемных. Она занимает всю галерею зала Сравнительной анатомии и еще целый этаж в южном крыле здания. Коллекцию мух курирует один из старейших сотрудников музея Андрей Леонидович Озеров. Сейчас она насчитывает более 20 000 экземпляров.
Если одна посадка мухи на потолок вскрывает такой пласт вопросов, то сколько же тайн хранит вся коллекция?
Задумайтесь об этом, когда придете в Зоологический музей.
Мух вы можете посмотреть в Нижнем зале музея. Записаться на экскурсию о мухах >>>