А вы замечали, что довольно часто можно видеть, как птицы сопровождают суда в плавании. Когда на море штиль, то они держатся несколько позади корабля, а при ветре – ближе к подветренной стороне. Всё это легко объясняется законами физики.
Дело в том, что птицы ловят тёплые потоки воздуха, выходящие из машинных отсеков. Помните, как волк удерживался над трубой в одной из серий «Ну, погоди!»? Эти потоки и удерживают птиц на определённой высоте, и помогают им легко преодолевать большие расстояния. Ведь птицы знают о явлении конвекции, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоками.
И природа всегда подсказывала ученым в работе над их изобретениями. А кто ещё из братьев наших меньших двигал науку вперёд, разберём сегодня.
1. Скоростной поезд и зимородок
Впервые регулярное движение высокоскоростных поездов началось в 1964 году в Японии по проекту «Синкансэн». В нашей стране «Сапсан» начал ходить только в 2009 году. Но вернёмся в Японию. В начале 90-х инженерам технического отдела была поставлена задача: заставить поезд ехать быстрее. Но загвоздка была в том, что при скорости выше 270 км/ч при проезде через тоннель возникала мощная звуковая волна, и жители ближайших домов слышали адский грохот.
Проблему не удавалось довольно долго, но в один из дней инженера Эйдзи Накацу посетило озарение: он вспомнил про зимородка. Это птица, которая питается мелкой рыбой. При этом он легко ныряет в воду и входит в водную среду, как нож в масло. А ведь плотность воды намного больше, чем плотность воздуха.
Как вы думаете, в чём был секрет маленькой птички? Правильно, в её клюве. Когда решение было найдено, японцы сделали у нового поезда носовую часть, похожую на клюв птицы. Когда начались испытания, то оказалось, что сопротивление воздуха было снижено на 30%, скорость была увеличена до 300 км/ч, и уровень шума упал до 70 децибел, что сопоставимо с уровнем громкости фена.
2. "Чёрные ящики" самолётов и дятел
Вы когда-нибудь задумывались, почему не болит голова у дятла? Этим простым вопросом задались инженеры Со Санг-Хи Юн и Сунгмин Парк из Калифорнийского университета в Беркли. Эта птица ударяет клювом по дереву со скоростью 22 удара в секунду, а его голова испытывает нагрузку в 1000–1200 g! Для сравнения: человеку достаточно перегрузки в 80–100 g, чтобы упасть в обморок. Почему же дятлы ещё не вымерли?
Учёные при изучении выяснили, что птице помогает 4 вещи:
- эластичный клюв,
- упругая структура в виде подъязычной кости - она распределяет механическую нагрузку равномерно на весь череп,
- губчатая кость передней части черепа,
- особая конструкция черепа, она позволяет спинномозговой жидкости поглощать вибрацию.
Инженерам удалось создать аналог черепа дятла. Полученная конструкция стала защищать всё, что находится внутри от ударов силой до 60 000 g! Так и появились «чёрные ящики» на бортах самолётов и вертолётов. Кроме того, такая технология тестируется для защиты космических аппаратов от попадания микрометеоритов и фрагментов космического мусора. А в «Формуле-1» такие конструкции могут спасти жизнь гонщиков.
3. Дорожные отражатели и кошка
Светоотражающая дорожная разметка была придумана в 1933 году английским изобретателем Перси Шоу. Однажды, возвращаясь в темноте домой на автомобиле, он потерял на повороте ориентацию и съехал с трассы. И тут на шум машины повернул голову сидящий на заборе кот. Свет фар отразился в кошачьих глазах, и это помогло избежать столкновения.
Вскоре англичанин запатентовал устройство под названием Catseye (кошачий глаз). Оно и правда напоминало кошачьи глаза: эффект давали два круглых рефлектора, встроенных в чугунный корпус. Только их устанавливали не на заборе, а на разделительной полосе, чтобы водители видели осевую линию дороги. Поначалу изобретение встретили прохладно. Но когда началась Вторая мировая война, то на улицах английских городов стали отключать освещение, отражатели оказались очень полезны. Сегодня «кошачьи глаза», пусть и в другом дизайне, есть на дорогах во всех странах мира.
4. Лопасти ветряков и кит
Во время посещения художественной галереи биолог Фрэнк Фиш высказал глупую мысль во время просмотра скульптуры горбатого кита.
«Ваш скульптор сделал выпуклости не на той стороне плавника!» - ехидно улыбаясь, заявил учёный хозяину галереи. Но на его фразу ему нашли фото горбатого кита и показали следующее: на снимке характерные шишки красовались спереди, на режущей кромке.
Такой поворот событий изменил его жизнь на ближайшие 25 лет. Фрэнк пытался ответить на вопрос: «Зачем киту такие выпуклости на плавниках?». В итоге оказалось, что они дают невероятную манёвренность. В итоге профессор Вест-Честерского университета разработал новую турбину для ветроэнергетических установок: её лопасти с ребристой кромкой производят больше энергии, чем обычные гладкие.
5. Мюнхенский стадион и стрекоза
В 1972 году Германия получила право провести летнюю олимпиаду. Главный стадион пригласили возвести архитектора Гюнтера Бениша. Во время Второй мировой он служил на подводной лодке и с тех пор ненавидел тёмные замкнутые пространства, предпочитая формы, где много стекла и света.
Основой модели для новенького стадиона стали крылья стрекозы, ведь, как известно, они очень тонкие (одна трёхтысячная миллиметра), но прочные. Это возможно благодаря тому, что крылья разделены на множество секторов. По тому же принципу спроектировали и крышу Мюнхенского стадиона.
Пишите в комментариях, о каких изобретениях вы не знали и пригодились ли вам хотя бы раз в жизни школьные знания физики.