Полет семени одуванчика
ри
исследовании растительного и животного мира, необходимо всегда помнить одну
очень важную деталь. Все представители флоры и фауны, которые не обладают
интеллектом, не могут сами что-либо производить по своей воле. Они в состоянии
лишь пользоваться тем, что дано им от природы.
Растительный мир очень разнообразен. Почти всё лето и
начало осени по воздуху летают различные семена деревьев, кустарников и трав.
Некоторые семена снабжены различного рода парашютными системами.
Прежде, чем перейти к описанию полёта птиц и насекомых,
есть необходимость рассказать немного о том, каким образом совершают свой полёт
листья деревьев, семена клёна, одуванчика и др. растений.
Казалось бы, всё уже известно, что здесь можно рассказать
нового?
И всё-таки я попытаюсь показать кое-что, что может оказать
помощь людям, заинтересованным и стремящимся познать физические причины
горизонтального полёта многих семян растений, а так же основы средств
торможения, которыми они снабжены.
Полёт семян - это пассивный полёт, пассивное
передвижение тела сверху вниз и в некоторых случаях даже снизу вверх.
Но, если бы семена не обладали возможностью к
горизонтальному перемещению, то они падали бы непосредственно под ветками и
распространение растений по поверхности земли не происходило бы столь
интенсивно, как мы это наблюдаем.
Все падающие семена, имеющие средства торможения, даже при
незначительном ветре меняют направление своего движения, вплоть до
противоположного. Как и за счет чего, это происходит?
Чтобы это понять, рассмотрим для начала одуванчик, семя
которого снабжено парашютиком.
Семя одуванчика имеет вертикальный стержень, наверху
которого расположены под почти прямым углом к стержню множество маленьких, но
крепких веточек, на которых тоже расположено множество волосков или крючочков.
Находясь в непосредственной близости друг к другу и переплетаясь между собой,
горизонтальные веточки и волоски создают множество препятствий для движения
потоков воздуха через них.
Таким образом, в верхней части вертикального стержня
семени, где расположен парашют, создается повышенный перепад давления воздуха.
Если давление воздуха выше над парашютиком, то семя остаётся на цветке. Если
давление под парашютиком становится выше, чем над ним, то семя отрывается от
цветка и начинает свой полёт вместе с ветром. Движение ветра, особенно
кратковременное, обычно направлено горизонтально и вверх, закручиваясь, поэтому
парашютик, начиная своё движение почти горизонтально в сторону от цветка,
довольно-таки быстро устремляется кверху. Высота, на которую первоначально
поднимается семя, зависит от силы ветра и продолжительности дуновения.
Дальнейшее вертикальное перемещение зависит оттого,
имеется ли движение воздуха на той высоте, куда попал парашютик. Если там
присутствует движение воздуха, а оно, как было сказано, направлено, в основном,
прямо (горизонтально) и вверх, то парашютик, захваченный новым потоком воздуха,
снова устремляется кверху. Если по каким-то причинам всякое движение воздуха
прекращается, то парашютик начинает свое движение вниз, на землю. Но в связи с
особенностью конструкции (семеня плюс парашютик), движение его происходит не
строго вертикально, но и горизонтально тоже.
Особенность конструкции заключается в следующем.
Во-первых, стержень, на котором находится парашютик,
выходит из семени под некоторым углом к нему или само семя имеет изгиб. Таким
образом, при падении семени создается дополнительная площадь лобового
сопротивления, которая является причиной горизонтального смещения семени, а
значит, и парашютика в целом. Горизонтальное смещение падающего семени приводит
к тому, что семя всё дальше и дальше удаляется от своего цветка.
Во-вторых, веточки парашютика, расположенные близко друг к
другу и имеющие множество ещё меньших волосков, находящихся под острым углом к
веточке, создают большую площадь сопротивления потоку, не ограничиваясь лишь
геометрическим радиусом, как это наблюдается у листьев. Площадь лобового
сопротивления парашютика является суммой площадей всех без исключения веточек и
волосков в связи с тем, что они находятся на разных уровнях. Веточки парашютика,
находясь на разных уровнях, и не образуя одну непрерывную горизонтальную
поверхность, в одно и тоже время воспринимают различные импульсы сил лобового
сопротивления, направляя их на центральный стержень.
В-третьих, стержень семени плотный, крепкий и вместе с
парашютиком, расположенным в его верхней части, составляют одно целое. Жесткая
конструкция напоминает гантели со смещённым центром тяжести относительно ее
середины.
В-четвертых, само семя, если присмотреться к нему, не
ровное и не гладкое, имеет множество выступов и впадин различной величины. Все
эти неровности при своём движении захватывают частицы воздуха и тем самым
создают за собой завихрения воздуха. Турбулентные потоки, созданные семенем,
гасятся, ударяясь в волоски и веточки парашютика, создавая при ударе импульсы
силы. Многократно умноженный импульс силы передаётся на стержень под острым
углом в направлении, противоположном движению парашютика с семенем,
уравновешивая этим силу тяжести падающего семени. Так в нижней части парашютика
создаётся повышенное количество воздуха, которое увеличивает сопротивление,
направленное перпендикулярно площади парашюта семени. И, если бы не сила земного
притяжения, то семя одуванчика могло бы очень продолжительное время находиться в
воздухе, уравновешивая всякие внешние воздействия воздушной среды, устремляясь
под воздействием ветра всё выше и выше.
Движение воздуха прекратилось и парашютик одуванчика под
действием силы тяжести вновь начал опускаться вниз, при этом семя несколько
отклонилось от вертикали.
Так как семя, стержень и парашютик имеют жесткую
конструкцию, то, соответственно, наклонился и парашютик. Наклон парашютика
вызвал увеличение давления воздуха в том месте, которое оказалось ниже.
Возникшее давление увеличило в этом месте скорость истечения воздуха
из-под парашюта, а реактивная сила стала двигать парашют в противоположном, т.е.
горизонтальном направлении. Приобретя горизонтальную скорость, семя многократно
замедлило время своего падения на землю, и тем самым увеличило пройденное
расстояние от цветка, которое оно покинуло при порыве ветра.
Итак, я описал строение, способ перемещения семени
одуванчика и за счет чего это происходит, а так же откуда появляется
дополнительная сила, препятствующая падению семени одуванчика.
Одуванчик, на мой взгляд, является наиболее ярким
представителем семейств растений, семена которых наделены возможностью
совершать, хотя и пассивный, но совершенно уникальный по своей сути, полет. Ведь
парашютик одуванчика представляет из себя не сплошное тело, как у листьев, а
множество маленьких веточек с волосками-лучиками, расположенными под острым
углом к веточке, на которой они находятся. Этим достигается то, что только при
определённой силе ветра каждое из семян покинет цветок. При малом ветре
оторвутся от основания цветка более лёгкие семена, а с усилением ветра
поднимутся в воздух и более тяжелые.
И снова хочу напомнить, что природное движение от простого
к сложному, от низшего к высшему, наблюдается и в полете семян.
Есть семена (например, различные орехи), которые, находясь
в скорлупе и не имея соответствующего их весу парашютика, падают непосредственно
под деревом, и их дальнейшее распространение по поверхности земли не зависит от
движения воздуха.
Есть семена (например, тополь), которые, имея парашютик,
осуществляют пассивный, неуправляемый полёт. Они полностью зависят от силы ветра
и его направления, так как находятся внутри парашютика.
Есть семена (например, ель, сосна), которые имеют
сравнительно небольшие крылышки (лучше назвать их стабилизаторами), с помощью
которых падающее семеня летит по определенной траектории. Ветер в этом случае,
воздействуя на стабилизатор семени, изменяет траекторию движения.
Семя одуванчика, на мой взгляд, является наиболее
совершенной конструкцией по многим причинам.
Во-первых, семя находится вне парашютика и жестко
соединено с его основанием.
Во-вторых, форма семени в месте крепления к нему стержня,
имеет такую обтекаемую форму, которая всегда разворачивает семя против ветра.
В-третьих, парашютик не имеет непрерывную поверхность, а
состоит из отдельных частей, из отдельных веточек и волосков.
В-четвертых, веточки парашютика являются уменьшенной
копией скелета, лежащего в основании структуры листьев, стебля, цветка, как
самого одуванчика, так и всех остальных растений и деревьев.
О семени одуванчика сказано, наверное, достаточно, поэтому
я перехожу к ещё одному виду летающих семян, полёт которых наиболее интересен.
Это семена клёна, имеющие достаточно большие и широкие крылышки. Но повышенный
интерес, конечно, вызывает их полёт, напоминающий полёт вертолёта. Что их
закручивает? Какая сила даже при незначительном ветре устремляет довольно-таки
тяжелое семя не только в сторону от дерева, на котором оно выросло, но иногда и
вверх?
◄
►
