Дельфины. Мифы и действительность - Сергей Евгеньевич Клейненберг

Самым удивительным было то, что дельфины вовсе и не имеют никакого права носиться по морю с такими сумасшедшими скоростями. Так родился парадокс Грея.

Профессор Грей был крупнейшим специалистом по движению животных. Как двигается змея, черепаха, как переступают ногами лошади на рыси и при галопе — в общем вся тончайшая биомеханика движения была его подлинной стихией. В 1936 году Грей 46 увидел стайку дельфинов, догнавшую и опередившую пароход, на котором он находился. Профессор был страшно удивлен. Пароход был одним из самых быстроходных и делал 17 узлов в час. С такой скоростью можно летать по воздуху и бегать по земле. Но вода ведь в 800 раз плотнее воздуха! Попробуйте пробежать стометровку в воде по пояс — блестящим результатом будет что-нибудь около ста, а то и двухсот секунд. А дельфин на глазах у Грея проплыл стометровку за 10 секунд! Было чему удивляться...

Дальнейшие расчеты привели к неожиданному результату. Чтобы так плыть, дельфин должен был проделывать работу в 10 раз большую, чем наземные животные при движении с такой же скоростью. Но у дельфина вес мышц примерно тот же, что и у наземных млекопитающих. Значит, у него каждый мускул в 10 раз сильнее, чем у живущих на земле? Совсем нет, мышечная сила в пересчете на килограмм веса мышц у всех млекопитающих примерно одинакова.

Да, дельфинам явно не хватало мощности. Тем более было странно, что они этим не смущались и продолжали плавать с прежними скоростями, хотя и не имели на это никакого теоретического права. Так возник «парадокс Грея» и просуществовал 23 года.

Доктор Франк Эсапян наблюдал под водой за жизнью дельфинов в Маринелэндском океанариуме. Фото- и киноаппарат помогли ему зафиксировать свои наблюдения. И вот через сотни часов наблюдений он с удивлением обнаружил довольно странные вещи.

Кожа у китов совершенно гладкая, а тут вдруг фотография продемонстрировала отчетливо заметные ряды поперечных складок. Доктор Эсапян обнаружил, что все дельфины, на теле которых фотоаппарат запечатлел эти складки, двигались с большой скоростью и были сняты в момент резкого изменения направления движения — при повороте вбок, рывке к поверхности и так далее. Они были сняты в те самые моменты, когда окружающая вода начинала оказывать максимальное сопротивление движущемуся в ней дельфину. Доктор Эсапян высказал предположение о причине их возникновения и назвал «скоростными складками». Это было в 1955 году. В то время эта работа ученого была известна лишь специалистам, а его объяснение... забыли на несколько лет. До тех пор, пока за парадокс Грея не взялся ракетчик Макс Крамер.

Макс Крамер был сподвижником печальной славы фон Брауна. Того самого фон Брауна, который создал «летающую смерть» — ракеты ФАУ-2. После окончания второй мировой войны оба они нашли убежище в Америке в городе Хантсвилл, в штате Алабама. Ракеты стали в почете, и специалисты ценились очень высоко.

Какая же связь между дельфинами и ракетой? Почему вдруг специалист по ракетам взялся за исследование особенностей движения дельфина в воде?

В воде! Именно в ней все дело) При скорости в несколько километров в секунду воздух нижних слоев атмосферы оказывается для ракеты почти столь же плотным, как вода при обычных скоростях движения. Нельзя ли секрет скорости дельфина использовать для ракеты?

Были проделаны сотни опытов. Модель дельфина из металла с точным воспроизведением всех его пропорций, такая же идеально обтекаемая, а движется лишь вполовину скорости дельфина! Дело вовсе, значит, не в обтекаемости!

И снова опыты. Кто не знает аэродинамическую трубу? В ней «продувают» все модели самолетов и изучают, как они себя ведут в потоке воздуха. Существуют и гидродинамические трубы. Вот в такой трубе «продувают» дельфина. Как будет вести себя водяной поток? Будет ли он спокойно обтекать дельфинье тело или, как на всех моделях самолетов и судов, в каких-то местах вдруг будет вихрем срываться? Будет ли он ламинарным, спокойным, или превратится в турбулентные завихрения? Может, в этом и заключается секрет дельфина? Потому что турбулентные завихрения — это бич скорости. Стоит скорость увеличить с 8 до 16 км, как сопротивление движению за счет турбулентности потока возрастет пропорционально квадрату скорости, то есть в 4 раза, а если до 32 км/час, то сопротивление увеличится в 16 раз. Вот что такое беспорядочное завихрение обтекающего потока воды. Вот на что тратится мощность судовых двигателей, давая ничтожную прибавку к скорости. А как с этим у дельфина?

Скорость потока в трубе возрастает. Чтобы следить за ним, добавляют чуть-чуть чернил. Чернильные капельки разбиваются на сотни мельчайших нитей и плавно огибают тело дельфина. Поток ламинарный! Скорость растет: 25, 30, 40 км/час — поток ламинарный! Вода ревет — скорость 45 км/час. И только тут появляются первые турбулентные завихрения!

Итак, парадокс Грея больше не существует. Дельфину отныне разрешается двигаться со скоростями, предписанными ему природой. Ведь секрет, оказывается, заключался в дельфиньей коже! Именно эта толстая упругая наружная оболочка предотвращает срыв водяного потока. Благодаря ей вода без завихрений проносится мимо дельфина. «Скоростные складки» возникают на коже при критических режимах обтекания, когда скорость настолько возрастает, что поток вот-вот может из ламинарного превратиться в турбулентный. Тут-то на коже и возникает как бы «бегущая волна» в такт с возмущением потока. И эта бегущая волна гасит возникающие завихрения, помогая поддерживать постоянным ламинарное обтекание.

Почему бы не использовать этот «секрет» дельфина? Ну уж если не для полета ракет, то хотя бы для движения в воде? Была сделана мягкая «дельфинья» обшивка для стальной торпеды. Она состояла из нескольких слоев резины, пространство между которыми было заполнено силиконовой жидкостью. Протекая по узким трубочкам из одного межслойного промежутка в другой, жидкость создавала упругость. Конечно, это не кожа дельфина. Вряд ли даже ее можно назвать грубым приближением к природному оригиналу. И тем не менее небольшая торпеда с такой обшивкой стала двигаться быстрее, так как ее сопротивление трению о воду уменьшилось на 60 процентов.

Так один из «дельфиньих секретов» начал использоваться человеком. Оказывается, мягкие оболочки могут найти применение не только в кораблестроении. Представьте себе тысячи километров нефтепроводов. Мощные насосные станции гонят по ним нефть. Энергия этих станций тратится и на преодоление завихрений, турбулентных потоков, возникающих в трубах. Если же трубы изнутри покрыть эластичной оболочкой, уменьшить сопротивление за счет ламинаризации потока нефти, то высвободятся большие энергетические мощности. И это лишь один из примеров тех возможностей, которые открывают мягкие оболочки.

Торпеда с мягкой оболочкой стала двигаться быстрее, быстрее стали двигаться и «мягкие» катера и лодки. Ну, а нельзя ли сделать «мягким» большой океанский пароход