а живот.
Саванну можно представить себе как просторный, очень редкий “лес” из термиков. “Деревья” из восходящего нагретого воздуха могут быть на несколько тысяч метров выше деревьев, на которые взбирается белка-летяга, шерстокрыл или поссум. И расставлены они намного реже. Поэтому, если шерстокрыл может пролететь горизонтальное расстояние около ста метров, гриф способен подняться так высоко, что его плавный спуск с самой вершины термика растянется на километры и может задеть нижнюю часть соседнего термика. Тогда гриф снова поднимется, чтобы подготовиться к спуску к основанию следующего термика. Планеристы говорят, что термики строятся в “улицы”. Руля между термиками вдоль “улицы”, они могут оставаться в воздухе сколько угодно и путешествовать на большие расстояния. Точно так же пользуются “улицами” и орлы, и аисты.
Откуда птицы знают, где следующий термик? По-видимому, оттуда же, откуда и пилоты-планеристы: высматривают кучевые облака, которые висят над термиками, или далекие колонны кружащихся птиц либо читают ландшафт.
Разумеется, перелет к следующему термику на “улице” – не главная причина, по которой гриф хочет набрать высоту. Как мы видели во 2-й главе, парение на большой высоте позволяет грифам искать пищу на очень большой площади, а заметив ее, они плавно опускаются вниз. Как и у многих птиц, у грифов очень острое зрение, и они превосходно видят вдаль. Они способны разглядеть остатки львиной трапезы за многие километры, а кроме того, видят стаи других грифов, которые опускаются со своих термиков к какой-то цели на земле. Поев падали, насытившись и отяжелев, они должны снова взлететь. Тут у них нет выбора: чтобы подняться в воздух и добраться до основания термика, приходится хлопать крыльями, хотя это и требует расхода энергии.
“НА ДОРОГЕ в МАНДАЛАЙ, ГДЕ ЛЕТУЧИМ РЫБАМ РАЙ…”[7]
Признаться, я несколько удивлен, что умение летать по-настоящему, то есть оставаться в воздухе неопределенно долго, не возникло в ходе эволюции у рыб.
Может быть, стоит подождать еще несколько миллионов лет…
Дельфины и пингвины, когда плывут очень быстро, выпрыгивают из воды. Вероятно, эта уловка позволяет сэкономить энергию, поскольку сопротивление воздуха меньше сопротивления воды (хотя предлагались и другие объяснения). Выпрыгивают в воздух и многие рыбы, чтобы спастись от быстрых хищников вроде тунца. Когда так делает целый косяк мелких рыбок, а потом падает в море, это и выглядит, и звучит как ливень. Некоторые рыбы, так называемые летучие, удлиняют прыжок при помощи сильно увеличенных плавников, которые служат им крыльями. Рыбы не могут ими махать в отличие от птиц, но иногда, что поразительно, пролетают паря целых 200 метров на скорости до 60 км/ч, прежде чем снова касаются воды (в этом им помогают восходящие потоки воздуха от волн). Иногда при взлете летучие рыбы виляют всем телом, что, возможно, создает тот же эффект, что и взмахи крыльями. Рыбы плавают, совершая волнообразные движения хвостом. Когда летучая рыба взлетает, последним покидает воду хвост, который продолжает двигаться так, словно рыба еще плывет. Случается, что рыба, уже коснувшись воды, продолжает полет, взмахнув удлиненной нижней лопастью хвостового плавника – тогда ей удается набрать скорость и снова взлететь, не погружаясь в воду всем телом.
С точки зрения тунца-преследователя, летучая рыба внезапно исчезает, перестает существовать. На границе воды и воздуха наблюдается так называемое явление полного внутреннего отражения: хищник из-под воды не видит добычу после того, как она взмывает в воздух. Она скрывается в другом измерении (не совсем буквально), словно нажимает кнопку “гиперпространство” в компьютерной игре.
К несчастью для летучей рыбы, она не только внезапно исчезает из мира тунца, но и так же внезапно врывается в мир поджидающих ее птиц, например, фрегатов. Фрегаты умеют ловить рыбу на поверхности моря, но обычно добывают себе пропитание пиратством – крадут добычу на лету у других птиц. Летучая рыба с точки зрения фрегата очень похожа на птицу, у которой есть что украсть. Должно быть, приемы, позволяющие поймать летучую рыбу, примерно такие же, как те, при помощи которых грабят чайку на лету. И фрегаты и в самом деле мастера ловить летучую рыбу в полете. Фрегаты черные, иногда с красными грудками, и похожи на помесь доисторического птеродактиля с самим дьяволом. Недаром Дэвид Аттенборо говорил, что бедная летучая рыба оказывается между тунцом и фрегатом, как между Сциллой и Харибдой.
Кальмары тоже плавают очень быстро, а некоторые самые проворные независимо и конвергентно приобрели в ходе эволюции те же повадки, что и у летучих рыб, опять же, чтобы спасаться от хищников, с тем любопытным отличием, что эти моллюски и плавают, и летают задом наперед, а больших скоростей достигают при помощи реактивного движения. Они извергают изо рта мощную струю воды и взмывают в воздух, словно стрела, которую они напоминают по форме. Они способны пролетать тридцать с лишним метров, прежде чем упасть обратно в воду – через какие-нибудь три секунды.
Я разграничил парение и активный полет и уделил им отдельные главы из соображений удобства. Но на деле граница несколько размыта. Даже птицы, которые привыкли парить в термиках и планировать по “улицам” из термиков, иногда машут крыльями. Например, альбатросы. В двух следующих главах мы обратимся к настоящему активному полету, где для того, чтобы держаться в воздухе неопределенно долго, нужно непрерывно прикладывать силу, и это либо мускульная сила птицы, либо двигатель внутреннего сгорания или реактивный двигатель самолета.
Глава 7Активный полет и как это устроено
Мы говорили о том, как большая площадь поверхности позволяет удержаться в воздухе без особых усилий и без особых расходов энергии – парить, планировать или порхать, словно снежинка. Но если вы готовы потрудиться, перед вами открывается множество других возможностей бросить вызов гравитации. Есть два главных способа. Первый – непосредственно поднять себя в воздух. Это прямой и очевидный метод, и именно его практикуют вертолеты, ракеты и дроны. Суда на воздушной подушке поднимаются над поверхностью при помощи направленных вниз пропеллеров. Реактивные самолеты с вертикальным взлетом направляют реактивную струю вниз, чтобы поднять воздушное судно с земли. То же самое делают всевозможные трюкачи вроде потрясающего “летающего солдата”, который пронесся над Парижем в День взятия Бастилии в 2019 году.
ФАНТАСТИЧЕСКИЙ ЛЕТАЮЩИЙ СОЛДАТ
Но почему непременно солдат? Такому чудесному аппарату наверняка можно найти лучшее применение!
Леонардо да Винчи во многом опережал свое время, и среди его проектов был своего рода предшественник вертолета. К сожалению, он вряд ли смог бы подняться в воздух, и не только потому, что должен был работать на мускульной силе человека. Человеческие мышцы слишком слабы, чтобы поднять совокупный вес человека и машины, а уменьшить его невозможно. У современных вертолетов мощные двигатели, которые сжигают большое количество углеводородного топлива, чтобы вращать массивные гудящие винты. Наклонные лопасти направляют вниз сильный ветер и прямо толкают вертолет вверх.
Кроме того, вертолету нужен дополнительный хвостовой пропеллер, который смотрит вбок (или что-то аналогичное), чтобы судно не вертелось, как волчок. По-видимому, это последнее дополнение Леонардо упустил. Штурмовикам “харриер” и их преемникам хвостовой пропеллер не нужен, поскольку у них нет винта. Они поднимаются за счет отражающих реактивных сопел, направленных вертикально вниз. Затем самолет направляет сопла назад, чтобы лететь вперед, подъемную силу он набирает при помощи крыльев, как любой нормальный самолет. А откуда берут подъемную силу нормальные самолеты? Тут все несколько сложнее.
Нормальные самолеты, в отличие от вертолетов, набирают подъемную силу за счет стремительного движения, они толкают себя вперед пропеллерами или реактивными двигателями. А поток воздуха, который мчится навстречу крыльям – над ними и под ними, – поднимает самолет двумя способами, причем оба актуальны не только для рукотворного летательного аппарата, но и для живых летающих существ. Очевидный и главнейший из двух способов называется ньютоновским. На переднюю кромку крыльев давит ветер, который по мере движения судна вперед приподнимает их за счет небольшого наклона вверх. Этот эффект можно ощутить, если высунуть руку в окно несущейся машины. Наклоните ладонь чуть-чуть вверх, и вы почувствуете, как вверх потянет всю руку. Это очевидное ньютоновское объяснение, почему крылья поднимают самолет, и основной способ для самолетов получить подъемную силу. Он сработал бы, даже если бы крылья представляли собой плоские доски, немного наклоненные вверх, поэтому можем называть его эффектом плоской доски.
ПОЖАЛУЙ, НЕ САМОЕ ГЕНИАЛЬНОЕ ИЗ ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ ЛЕОНАРДО
Даже если четыре человека будут бежать вокруг кабестана со всех ног, это устройство не поднимется над землей ни на сантиметр.
Но параллельно происходит и другой процесс, не такой очевидный. Есть второй способ, которым крылья дают подъемную силу при стремительном движении вперед. Он назван в честь Даниила Бернулли, швейцарского математика, жившего в XVIII веке. Многие не вполне понимают, как взаимодействуют эти два способа. К счастью, самолеты все равно не падают, даже если простыми словами трудно объяснить, как именно им это удается.
Итак, вот второй способ, бернуллиевский, которым крылья обеспечивают подъемную силу. Вы наверняка заметили, что у современных самолетов крылья не плоские, они искусно выгнуты. Передняя кромка толще задней. А форма сечения крыла – тщательно рассчитанная криволинейная фигура, продуманная так, чтобы воздух, обтекая поверхность крыла, давал подъемную силу согласно закону Бернулли.
Закон Бернулли гласит, что, если текучая среда (это выражение означает и газы, и жидкости) движется вдоль поверхности, давление на поверхность уменьшается. Именно поэтому занавеска в душе прилипает к телу. И чтобы этого не происходило, нередко вешают вторую занавеску снаружи бортика ванны. В этом случае поток Бернулли – это ветер, направленный сверху вниз, который генерирует текущая вода. Теперь представьте себе, что у вас есть две душевые насадки, направленные вниз, по обе стороны от занавески. Из одной вода течет быстрее, чем из другой. По закону Бернулли, занавеску “засосет” в ту сторону, откуда вода течет быстрее (“засосет” в кавычках, поскольку то, что мы принимаем за засасывание, на самом деле более высокое давление с другой стороны).