Продолжим нашу логическую цепочку.
Рассмотрим конструкцию крыла с точки зрения механики. Опорно-двигательный аппарат большинства животных состоит из сочлененных друг с другом костей, которые поддерживаются мышцами. Кости работают на сжатие, а мышцы и сухожилия на растяжение. Такое строение оптимально для передвижения по земле. Крыло работает как консольная балка и элементная база, имеющаяся в распоряжении Природы, не позволяет создать оптимальную конструкцию. При увеличении массы птицы и ее размеров увеличиваются нагрузки на кости и мышцы, из которых состоит крыло.
В соответствии с приведенной закономерностью, при увеличении размера птицы ее вес увеличивается пропорционально кубу увеличения размера, а плечо приложения силы тяжести пропорционально увеличению размера. Таким образом, нагрузка на мышцы крыла увеличивается пропорционально четвертой степени увеличению размера и закономерность примет следующий вид
1 (L) -2 (S) -3 (M) -3.5 (Nп) -4 (Мх)
и ее определение следующее:
При изменении линейного размера летательного аппарата или летательного существа площадь поверхности изменяется в квадрате, масса в кубе, потребная мощность в степени 3.5, нагрузки на мышцы крыла в четвертой степени от изменения линейного размера.
Для преодоления недостатков опорно-двигательного аппарата Природа сделала гениальное изобретение это перо. Очень легкое, воздухонепроницаемое и хорошо работает на изгиб. Перья позволили существенно увеличить размах крыльев, от которого зависит его аэродинамическое качество. У меня дома лежит перо орла, которое я нашел в горах Памира, длиной 580 мм.
Продолжим нашу логическую цепочку.
Летающие существа совершают маховые движения крыльями, которые являются возвратно-поворотными. Такое движение связано с большими угловыми ускорениями крыльев, вследствие чего необходимо преодолевать инерционные моменты крыльев. Существо должно затратить дополнительную мощность своих мышц на торможение крыльев, а затем на их ускорение. И так два раза за полный цикл маха. Таким образом, энергия затрачивается не только на создание тяги или подъемной силы, но и на преодоление моментов инерции.
Из курса механики известно, что момент необходимый для торможения и разгона крыла пропорционален угловому ускорению и моменту инерции крыла
Mx = Ix * j, где: Ix момент инерции крыла относительно оси его маха, j угловое ускорение крыла при его торможении и разгоне.
Момент инерции определяется по формуле
Ix = Мкр * z2, где М масса крыла, z расстояние от центра тяжести крыла до оси маха.
Так как масса изменяется пропорционально кубу линейного размера, то момент инерции изменяется пропорционально 5-й степени линейного размера. С учетом вышеизложенного, общая закономерность будет иметь вид
1 (L) -2 (S) -3 (M) -3.5 (Nп) -4 (Мх) -5 (Ix)
и ее определение следующее:
При изменении линейного размера летательного аппарата или летательного существа площадь поверхности изменяется в квадрате, масса в кубе, потребная мощность в степени 3.5, нагрузки на мышцы крыла в четвертой степени а момент инерции в пятой степени от изменения линейного размера.
Прежде всего, заметим, что этот закономерность имеет качественный характер и отражает общие тенденции. Она дает ответ на многие вопросы, которые без нее кажутся непонятными. Вы обратили внимание, как неуклюжи и медлительны слоны и бегемоты, и как резвы маленькие животные.
Обратимся к мускулолету. У него неподвижное крыло, поэтому проблема моментов инерции для него не столь важна.
Существует много гипотез вымирания динозавров. Можно предложить еще одну. Они были такими большими и поэтому такими медлительными и неповоротливыми, что оказались совершенно беззащитными от своих меньших, более подвижных и агрессивных собратьев, типа тиранозавров, которые их просто скушали.
Следует заметить, что предложена определенная закономерность, а не закон, поэтому рассмотрим, как можно было бы обойти эту закономерность. Проблему уменьшения потребной мощности можно решить, увеличив площадь крыла и его аэродинамическое качество. Но, решив проблему потребной мощности, мы усугубляем проблему с моментами инерции. Дело в том, что при увеличении площади крыла, например, в два раза моменты инерции этого крыла увеличиваются в 7 раз. Кроме того, для повышения аэродинамического качества необходимо увеличить размах крыла, что приведет к еще большему увеличению моментов инерции. Таким образом, на современном уровне технологии создать махолет с мускульным приводом не представляется возможным.