Полет птиц — это сложнейший процесс, в котором задействованы уникальная анатомия и законы аэродинамики. Чтобы подняться в небо, птицам пришлось развить облегченный скелет, мощную мускулатуру и особую систему энергообмена.
В этой статье мы подробно изучим как летают птицы, разберем, чем отличается машущий полет от парящего, и как пернатые преодолевают огромные расстояния без остановки.
Летать умеют далеко не все птицы — в ходе эволюции некоторые эту способность утратили. В отряде пингвинов нет летающих видов. В других же группах есть и летающие, так и нелетающие виды, например бакланы и попугаи.
Какие птицы не умеют летать? Это крупные или островные виды. Нелетающие виды обычно встречаются на островах, где в свое время не водились хищники. Однако сейчас они могут стать жертвой собак, мангустов и других хищников. Не летают также очень крупные пернатые, например страусы, зато они быстро бегают и защищаются с помощью сильных ног.
Почему летают птицы — анатомия и скелет
Чтобы понять, как летают птицы, нужно знать устройства их тела. Для полета нужно быть одновременно лёгким и сильным. Эволюция решила эту задачу через ряд уникальных анатомических адаптаций:
- Пневматичность костей: скелет птах невероятно легок. У многих видов кости полые (пневматические) и заполнены воздухом, но при этом они усилены внутренними перегородками по принципу ферм моста.
- Киль и грудные мышцы: на грудине расположен специальный костный вырост — киль. К нему крепятся мощные грудные мышцы, которые могут составлять до 25% от общего веса и отвечают за опускание крыла.
- Воздушные мешки: пустоты в костях соединены с системой воздушных мешков. Это не только облегчает тело, но и обеспечивает постоянный приток кислорода к мускулам даже во время выдоха.
- Жесткость осевого скелета: грудная клетка и позвоночник птиц гораздо менее подвижны, чем у млекопитающих. Срастаясь, они образуют жесткий «каркас», который служит надежной опорой при работе крыльев.
- Гибкая шея: малая подвижность туловища компенсируется очень гибкой шеей, позволяющей птице ориентироваться в пространстве и ухаживать за оперением.
- Сложное строение крыла: уникальная конфигурация маховых перьев создает подъемную силу и позволяет мгновенно менять режим полета — от быстрого взлета до длительного парения.
Все это — части уникального механизма полёта, где ключевую роль играет сложное строение крыла пернатых.
Двойное дыхание во время полета
Дыхание птиц во время полета отличается от дыхания у млекопитающих. Чем быстрее птица машет крыльями в полете, тем чаще она дышит. Работа крыльев связана с движениями грудной клетки. Когда крылья поднимаются, она активно сокращается и выталкивает воздух из легких, при опускании крыльев воздух пассивно проникает в легкие.
Например, во время дальних перелетов над океаном бурокрылые ржанки преодолевают до 400 км без единой посадки, теряя около 60 г своей массы. Это возможно благодаря очень эффективной системе дыхания и усвоения кислорода.
Почему птицы не устают в полете
Маленькая славка может непрерывно махать крыльями 10 часов и дольше. Это возможно благодаря синхронизации дыхания и движений крыльев: мышцы сокращаются, одновременно сжимая и расширяя грудную клетку, обеспечивая постоянный приток кислорода.
Легкие пернатых устроены особым образом: воздух проходит через них в двух направлениях — и на вдохе, и на выдохе. Это позволяет максимально эффективно усваивать кислород и обеспечивать мышцы энергией.
Тип полета птиц
| Тип полета | Характеристика | Примеры |
|---|---|---|
| Машущий | Активные взмахи крыльями для создания тяги | Воробьи, ласточки, утки |
| Парящий (статический) | Использование восходящих термических потоков | Орлы, грифы, аисты |
| Динамическое парение | Использование градиента ветра над океаном | Альбатросы, буревестники |
| Зависание (ховеринг) | Движение крыльев по траектории восьмерки | Колибри, нектарницы |
Взлет и приземление птиц
Взлет и посадка — самые трудные элементы полета птиц. При взлете необходимо придать сильное ускорение, чтобы оторваться от земли или ветке.
Маленький воробей перед взлётом подпрыгивает и начинает быстро махать крыльями. Тяжёлые виды делают разбег, расправляя крылья, а водоплавающие виды бегут по воде.
Властелины воздуха стрижи и фрегаты не могут подняться в воздух с земли, для взлета они падают с высоты расправив крылья.
При приземлении пернатые планируют с помощью крыльев. Во время посадки их тело разворачивается вертикально, птица распускает хвост, а ноги опускает вниз, выставив вперед. Роль тормоза выполняет крылышко, это пучок перьев на первом пальце крыла.
Для приземления птице нужно смягчить удар о землю. Если движение не замедлится достаточно или помешает порыв ветра, она может разбиться.
При посадке утка низко летит над водой и приводняется, тормозя своими перепончатыми лапами и создавая крыльями обратный ход, чтобы снизить скорость. Для взлета с воды или с суши птица создает крыльями поток воздуха. Так, нырок бежит по воде, хлопая крыльями, пока не наберет достаточной скорости для отрыва от поверхности.
Зависание в воздухе — феномен колибри
Зависание в воздухе — сложный навык. Обычно, когда птица машет крыльями, она движется вперед. Но некоторые виды, например скопы, нектарницы и зимородки, могут висеть в воздухе.
Удивительны в этом отношении крохотные колибри (Trochilidae), которые зависают перед цветком, чтобы выпить нектар. При этом птичка как бы стоит на хвосте, а крылья быстро описывают восьмерку в горизонтальной плоскости. Колибри способны очень долго и с большой частотой махать крыльями благодаря тому, что их грудные мышцы огромны по отношению к размерам тела.
Когда птица летит вперед, тяга создается лишь опусканием крыла, а подъемная сила — опусканием и взмахом. У других пернатых подъемная сила возникает только при движении крыла вниз. Когда колибри зависает, туловище и крылья принимают почти вертикальное положение, При этом крылья создают подъемную силу, но не тягу.
Парящий полет орлов и хищных птиц
Почти все пернатые время от времени парят, хотя бы недолго. Даже колибри могут прервать свой жужжащий полет, чтобы спланировать с цветка на цветок на неподвижных крыльях.
Но особенно активно парящий полёт используют орлы, ястребы и другие хищные пернатые.
Восходящие потоки воздуха существуют возле препятствий: в горах, над холмами, обрывами и т.п. — здесь они небольшие, локальные. Кроме того, обширные воздушные массы поднимаются вверх, когда отраженное тепло солнца нагревает воздух у поверхности земли. В таком потоке движение вверх происходит по широкой спирали, при этом поднимающаяся воздушная масса образует "большой купол".
Термических восходящих потоков обычно нет над большими водными пространствами, а также ночью. За некоторыми исключениями, парящие виды избегают мест, где море встречается с сушей, и не летают в темноте.
В восходящем потоке птица поднимается кругами на большую высоту, перемещается в нужном направлении по горизонтали в процессе плавного спуска, достигает следующего потока и снова кругами поднимается вверх. Таким способом птицам за один день удается покрыть большое расстояние, преодолеть в итоге тысячи километров
Хищные птицы превосходно летают. Среди них есть настоящие воздушные акробаты, например полевой лунь, который передает пищу своей партнерше в полете. Самец и самка различаются по цвету, но у обоих белая гузка. Самец бросает добычу самке, которая переворачивается вверх ногами, чтобы ее поймать.
Динамическое парение
Над морем нет термических потоков, поэтому морские птицы (альбатросы и буревестники), применяют особую технику — динамическое парение. Они используют силу горизонтального ветра и струй воздуха, отражённых от волн.
Воздушные течения у поверхности воды медленнее, чем на высоте. Птица планирует с высоты почти до самой воды, затем за счет ускорения от спуска взмывает вверх и резко поворачивает против ветра. Ветер создает подъемную силу, перенося птицу вверх, в полосу более мощных воздушных потоков. Наконец она разворачивается и снова планирует вниз.
Часто задаваемые вопросы — как и почему летают птицы
Механизм полета у птиц?
Механизм полета основан на создании подъемной силы и тяги с помощью взмахов крыльев. Облегченный скелет, мощные грудные мышцы и аэродинамические свойства перьев позволяют пернатым преодолевать гравитацию.
Что такое парящий полет и термики?
Парящий полет — это движение без взмахов крыльев за счет восходящих потоков воздуха (термиков). Птицы, такие как орлы, используют тепловые потоки от земли, чтобы экономить энергию при перемещении на большие расстояния.
Как колибри удается зависать на одном месте?
Колибри используют уникальную технику: их крылья движутся по траектории «восьмерки», создавая подъемную силу как при движении вперед, так и назад. Это позволяет им сохранять стабильное положение в воздухе (ховеринг).