Файл: Зуев, Г. В. Живые ракеты.pdf

малейшем резком движении они мгновенно исчезают. Наблюдать парение кальмаров удалось в аквариуме.

Их тело в этот момент расположено под некоторым углом к горизонту, головой вниз. Боковые плавники синхронно ундулируют с частотой порядка 2—3 взмахов в секунду. Движение волны вдоль плавника направлено от хвоста к голове.

Рассмотрим биомеханику парения. Отталкивание плавников от воды создает, естественно, движущую силу, направление которой практически совпадает с продоль­ ной осью тела кальмара. На приведенном рисунке дви­ жущая сила плавников обозначена буквой F.- Разложение этой силы по правилу параллелограмма сил на составля­ ющие обнаруживает присутствие горизонтальной состав­ ляющей F", способствующей перемещению кальмара вдоль оси абсцисс назад, и действие вертикальной состав­ ляющей F', вызывающей поднятие хвоста.

Свободный конец воронки (на рисунке он обозначен буквой а) при парении расположен почти под прямым

39

углом к продольной оси тела, так что сила тяги гидро­ реактивного движителя направлена на то, чтобы поднять голову животного.

Вертикальная составляющая Р' в данном случае яв­ ляется поддерживающей (подъемной) силой, а горизон­ тальная составляющая Р" уравновешивает действие силы F", т. е. не дает возможности кальмару смещаться в го­ ризонтальном направлении.

Под действием указанных сил животное должно всплывать (вертикальный взлет), если общая поддержи­ вающая сила Y численно превышает величину остаточ­ ного веса тела G. Необходимо отметить, что удельный вес кальмаров несколько выше удельного веса воды; мертвые кальмары всегда тонут.

Согласно законам механики, животное находится в равновесии с окружающей водой при условии, когда результирующая сила и момент результирующей пары равны нулю, т. е. при условии:

F + P + G + Y = 0.

При ампутации плавников кальмары теряют способ­ ность к неподвижному парению и могут двигаться только поступательно. Траектория плавания при этом не прямо­ линейна — моллюск плывет по кривой, напоминающей синусоиду. В момент выбрасывания струи из воронкисопла он плывет по восходящему отрезку кривой, в мо­ мент наполнения водой мантийной полости — по нисхо­ дящему. Описанный характер плавания свидетельствует о том, что с ампутацией плавников исчезает одна из под­ держивающих сил, а именно — пропульсивная сила плав­ ников (F), и поэтому нарушается общее равновесие тела.

Таким образом, плавники, расположенные у самого конца мантии, кальмары используют при неподвижном парении; их удаленность от центра тяжести обеспечивает

40

создание максимального по величине вращающего мо­ мента при минимальной затрате мускульной энергии.

Итак, при отсутствии поступательного движения не­ подвижное парение в толще воды кальмары поддержи­ вают ундуляцией парных плавников и действием гидро­ реактивного движителя.

С энергетической точки зрения неподвижное парение является, по-видимому, наиболее экономичным способом передвижения. Не исключено, что по времени именно этот способ занимает основное место в жизни кальмаров.

М е д л е н н о е п л а в а н и е . При медленном плава­ нии движущая сила создается совместно ундуляцией плавников и действием воронки, однако участие гидро­ реактивного движения в создании тяги незначительное. Но и исключить полностью действие воронки все же нель­ зя, так как она постоянно наряду с локомоторной функ­ цией выполняет дыхательную: проходящая через воронку вода омывает жабры моллюска, расположенные в ман­ тийной полости.

На медленном режиме кальмар может плыть одина­ ково легко и хвостом и головой вперед. При этом он движется отдельными короткими толчками, частота ко­ торых не превышает, как правило, двух в секунду.

Пульсирующий прерывистый характер плавания со­ провождается общим изменением формы тела: в момент толчка, когда вода сокращением кольцевых мышц мантии выталкивается из мантийной полости, диаметр мантии уменьшается, и, как показывают наблюдения, его вели­ чина составляет 13—14% абсолютной длины тела живот­ ного. (За абсолютную длину принимается расстояние от хвоста до кончиков вытянутых «рук»),

В следующий момент, при заполнении водой мантий­ ной пблости, колБЦевйе мышцы мантии расслабляются

41

динамики о подъемной силе крыла. Величина подъемной силы крыла у самолетов зависит, в частности, от величи­ ны относительного удлинения крыла Я,. Относительное удлинение рассчитывается по формуле:

где / — длина крыла и 5 — его площадь.

Эта формула вполне применима, с нашей точки зре­ ния, для расчета относительного удлинения тела кальма­ ров. Аналогом крыла будет все тело, где длина крыла по размаху может приравниваться к наибольшей ширине тела, а площадь крыла — к площади горизонтальной про­ екции тела.

Даже при самых незначительных удлинениях крыла, при А = 1/зо. уже имеет место подъемная сила, так что, зная величину относительного удлинения, можно с доста­ точной степенью определенности судить о подъемной силе.

Изучение относительного удлинения тела головоногих моллюсков приводит к выводу, что у всех их X значитель­ но больше Узо и колеблется в пределах от У6 до 2/э, т. е. численно превышает то минимальное значение, при ко­ тором возникает подъемная сила. Из аэродинамики из­ вестно также, что подъемная сила крыла самолета нахо­ дится в прямой зависимости от его толщины и достигает максимальных значений при толщине равной 9—13% ши­ рины. Наибольшая высота тела у кальмаров составляет 10—17% ширины, т. е. численно приближается к опти­ мальным значениям толщины крыльей у самолетов.

Очень интересно, что осьминоги — «тяжеловесы» сре­ ди цефалопод — способны регулировать подъемную силу своего тела, используя зонтик. Во время плавания они разводят «руки» широко в стороны, так что перепонка между ними раскрывается и растягивается, образуя не-

43

Поистине волшебные превращения. Осьминог разводит «руки» для создания дополнительной подъемной силы и скользит над дном океана.

кое подобие Крыла. Это явление было обнаружено совер­ шенно случайно при съемках подводного фильма о жизни осьминогов: один из них, спасаясь от оператора, неожи­ данно раскрыл свой зонтик и начал удирать.

Очевидно, все придонные осьминоги пользуются зон­ тиком для создания дополнительной подъемной силы, иначе трудно объяснить подобное развитие этого органа.

Б ы с т р о е п л а в а н и е . Параметры быстрого реак­ тивного движения кальмаров резко отличаются от пара­ метров при медленном плавании. Движущая сила на этом режиме создается лишь гидрореактивным движителем — воронкой. Плавники в создании силы тяги не участвуют, в этот момент они плотно обволакивают мантию, состав­ ляя с ней единое целое.

Мощная струя воды вылетает из воронки-сопла, и

44

кальмар, получая сильный обратный толчок, устремляет­ ся в противоположную сторону. Частота импульсов до­ стигает 5—6 толчков в секунду.

Стремительные броски сопровождаются значительны­ ми изменениями формы тела. Прежде всего это относится к диаметру мантии. Мускулистая мантия кальмаров на­ поминает эластичные емкости, применяющиеся для транспортировки жидких грузов. При заполнении водой мантия раздувается, ее диаметр в этот момент равен 18— 19% абсолютной длины тела. При выбрасывании воды мантия, наоборот, сжимается до такой степени, что ее диаметр уменьшается до 11 —12%, т. е. в течение одного цикла работы гидрореактивного движителя толщина те­ ла изменяется почти в два раза.

Продольная ось тела кальмаров при быстром плава­ нии совпадает с направлением движения, т. е. тело все время сохраняет постоянный нулевой угол атаки, что име­ ет чрезвычайно важное значение для образования подъем­ ной силы.

Как известно из гидромеханики, при нулевом угле атаки крыло (профиль) только в том случае создает подъемную силу, если оно вертикально ассиметрично: верхний контур крыла должен быть более выпуклым, чем нижний. Основой создания подъемной силы служит об­ ратная зависимость между скоростью потока и давлени­ ем. За счет удлинения пути пробега частиц над крылом их скорость возрастает. Увеличение скорости в свою оче­ редь сопровождается уменьшением давления. Разность давлений над и под крылом вызывает движение крыла в направлении разреженного пространства.

Применительно к кальмарам это следует понимать так, что наилучшим вариантом для нейтрализации силы остаточного веса является такой, при котором их спина в момент плавания будет более выпуклой, чем брюхо.

45

Однако спина у кальмаров далеко не всегда выпуклее живота, ведь моллюски — мягкотелые животные, имею­ щие минимум скелетных образований. У осьминогов, на­ пример, скелет настолько мал, что некоторые исследова­ тели вообще отрицали его наличие. У кальмаров он представлен тонкой и узкой пластинкой, состоящей из органического вещества. Эта пластинка, носящая назва­ ние гладиус (по-гречески — меч), легко изгибается как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости, вслед­ ствие чего форма тела кальмаров при плавании подвер­ жена сильным изменениям.

Таким образом, только в тех случаях, когда спина у кальмаров остается в момент движения более выпуклой, чем брюхо, возможно создание подъемной силы непо­ средственно самим телом.

Для опытной проверки высказанного предположения была изготовлена специальная модель, полностью дубли­ рующая форму тела кальмара. Модель буксировали под водой так, чтобы весь процесс движения можно было легко сфотографировать.

Эксперимент превзошел все ожидания. При буксиров­ ке модель все больше и больше отклонялась от прямоли­ нейного направления. На фотографии (стр. 47) отчетли­ во видно, как угол отклонения модели все время возрас­ тает. На 12 м его величина достигает 60—70°. Без сомнения, этавеличина угла не предельная и при бес­ конечной длине буксировочной установки движение должно превратиться во вращательное.

Быстрое плавание связано с большими затратами энергии. Максимальная скорость необходима кальмарам при спасении от врагов либо при охоте. Почти все они хищники-преследователи, свою добычу хватают на ходу. Питаются эти головоногие главным образом рыбами или своими менее подвижными и более слабыми собратьями.

46