Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы

Для того чтобы наиболее эффективно подключиться к такому древнейшему источнику энергии, каким является ветер, требуется создать наибольшую несущую поверхность. В этом направлении и работала мысль человека-конструктора (планеры, сферические и змейковые аэростаты, дирижабли). Сходным путем шли в этой области и растения. Так, например, у многолетнего травянистого растения физалиса (Physalis alkekengi) [14] Родина физалиса — Япония и близкие к ней страны Восточной Азии. Ее неядовитые ягоды, которые в народе именуются «песьей вишней», заключены в пузыревидные чашечки, сохраняющие свою кораллово-красную окраску и форму также после высыхания. Растение с сухими декоративными чашечками получило у нас название «китайского фонарика».— Прим. ред. после отцветания образуются вздутые, очень крупные кораллово-красные чашечки с плодом внутри них. Обтянутые тончайшей кожицей-пленкой, они становятся игрушкой ветра, как только оторвутся от материнского растения (фото 22). Но не все воздухоплаватели из царства растений разрастаются до столь больших размеров. Семя мака сомнительного имеет множество крошечных пустот, уменьшающих его удельный вес; в целом оно весит всего лишь одну тысячную долю грамма при диаметре 0,7 миллиметра. За счет же ячеистой структуры существенно увеличивается площадь доступной ветру внешней поверхности.

Для более крупных тел, у которых использование принципа воздушного шара означало бы чересчур высокую скорость их снижения, природа изобрела нечто иное. В интересах сокращения веса путешествующих по воле ветров природа вынуждена экономить конструкционные материалы. Уже одним применением тончайших оболочек, которыми одеваются все мелкие и мельчайшие ребра жесткости, достигается весьма заметный эффект, который удается еще более повысить с помощью весьма искусного приема. Летательные аппараты растений, построенные по типу «несущего винта», способны имитировать наличие дополнительной поверхности. На фото 43 изображен плод клена остролистого (Acer platanoides) . Площадь его поверхности равна 2 квадратным сантиметрам. В сухом состоянии вес его едва достигает одной восьмой доли грамма. Оторвавшись от дерева, плодик, падая, начинает быстро кружиться из-за сопротивления воздушной среды и вследствие собственной эксцентрической конструкции. Крылатка вращается при этом вокруг своего центра тяжести, который располагается на одном из концов крыла, там, где находится семя. Удалось сфотографировать винтовую траекторию снижения крылатки клена (фото 44). Подобно тому, как ветер вращает крылья ветряной мельницы, так и встречный поток воздуха заставляет плодик описывать круговые движения. Эффект же тот, что и у вертолета, снижающегося с отключенным двигателем: вращающиеся под действием набегающего потока воздуха лопасти винта позволяют ему успешно планировать. Обращение крылатки вокруг центра тяжести создает видимость замкнутой круговой поверхности, на которую может воздействовать ветер и площадь которой для плодика, изображенного на фото 43, составляет около 20 квадратных сантиметров. Таким образом, почти десятикратного мнимого увеличения площади растение добивается самым простым путем. В результате скорость снижения крылатки уменьшается в восемь и более раз. Легкого порыва ветра, едва колышущего ветви дерева (сила ветра 4 балла), вполне достаточно, чтобы падающую с высоты 10 метров крылатку клена унести на расстояние до 100 метров. Заметим, что в данном расчете не учтено влияние воздушных завихрений или восходящих потоков воздуха, которые во много раз увеличивают дальность полета.

Фото 43. Покрытый белой краской плод-крылатка клёна позволяет хорошо различить ребра жесткости («нервюры»).

Фото 44. В полете крылатка клёна работает точно так же, как лопасти несущего винта вертолета, опускающегося с выключенным двигателем.

Не будь такого поистине гениального приспособления, плоды падали бы с дерева более или менее отвесно. В результате они прорастали бы в тени кроны материнского дерева, и молодые побеги вынуждены были бы вести между собой конкурентную борьбу за свет и жизненное пространство.

С конструктивной точки зрения роторные летательные аппараты растений, использующие принцип «несущего винта», имеют идеальную форму. Иного, впрочем, нельзя ожидать от объекта длительного эволюционного развития. Скорость снижения такого аппарата едва ли выше, чем у оптимально рассчитанного «несущего крыла», и всего в полтора раза больше, чем у полусферического парашюта с общей поверхностью свыше 40 квадратных сантиметров.

Фото 45 познакомит читателя с еще одним летательным аппаратом типа «несущий винт». Это плод ясеня обыкновенного (Fraxinus excelsior). Его «лопасть» односторонне не утяжелена, как это наблюдается у крылатки клена, а, подобно лопасти пропеллера самолета, несколько изогнута (фото 46). На фото 47 совмещены контуры плода ясеня и лопасти воздушного винта. Масштаб изображения плода увеличен. Отчетливо видно, что основные технические характеристики обеих конструкций полностью совпадают: отношение ширины к длине в том и другом случае практически одинаково 1:4,2; угол атаки во всех соответствующих точках обеих лопастей также один и тот же. И тем не менее по двум параметрам имеются существенные расхождения. Во-первых, самое широкое место у плода крылатки ясеня лежит намного дальше от центра вращения по сравнению с инженерной конструкцией. Во-вторых, «лопасть» крылатки, исключая первую треть ее длины (отсчет и здесь ведется от центра вращения), в пропорции значительно тоньше лопасти воздушного винта. Большая ширина лопасти там, где скорость ее вращения выше (то есть ближе к противоположному от точки вращения концу), обеспечивает увеличение площади поверхности, на которую воздействует встречный поток воздуха. В целом же более тонкая лопасть означает ощутимую экономию веса — факт, крайне важный при создании летательных аппаратов. Почему же в таком случае наши инженеры не воспользуются этими достоинствами летательной техники растений? Разумеется, они могут это сделать, но лишь принеся и жертву необходимую устойчивость конструкции, которая столь важна в авиации и которая не требуется растению.

Фото 45. Симметричная «лопасть» плода ясеня несколько изогнута, подобно лопасти воздушного винта самолета.