«Эффект одуванчика»: как это работает

Одуванчики растут по всему миру, занимая огромные площади. Одна из причин этого — совершенный механизм распространения их семян, которые, как и семена многих других представителей семейства астровых, разносятся ветром и конвективными восходящими течениями воздуха. Обычно они приземляются на расстоянии до 2 м, но в определённых погодных условиях (тепло, сухо, ветрено) могут пролетать более 1 км, как показали исследования. Семена астровых иногда распространяются в радиусе 30 и даже 150 км.

При этом приблизительные расчёты показали, что «парашюты» семян одуванчика не обладают достаточной подъёмной силой, чтобы переносить их на такие большие расстояния. Математики из Эдинбургского университета (The University of Edinburgh) выяснили, в чём секрет.

Исследователи изучали закреплённые и свободно парящие на фиксированной высоте семена одуванчика в специально спроектированной вертикальной аэродинамической трубе, используя фотосъёмку с длинной экспозицией и скоростную съёмку. Они установили, что под «парашютом» семени держится на постоянном расстоянии стабильный воздушный пузырь (вихревое кольцо). Так как оно не прилегает к «парашюту» и не отдаляется от него, учёные назвали его «отделённым вихревым кольцом» (ОВК).

С помощью моделирования учёные обнаружили, что «парашюты» одуванчика используют «стеночный эффект». Каждая их ворсинка окружена слоем воздуха, и из-за этого сквозь «парашют» проходит гораздо более слабый воздушный поток, чем вокруг него. Этим эффектом, который раньше считался несущественным для семян одуванчика, объясняется высокий коэффициент тяги, помогающий семени оставаться в воздухе. Кроме того, нисходящее давление на «парашют» тоже уменьшается, что делает его ещё более летучим.

Чтобы исследовать влияние пористой структуры «парашюта» на его аэродинамические свойства, были созданы силиконовые диски разной степени пористости — от 0 до 0,92 (показатель, сопоставимый с пористостью «парашюта»). Диски зафиксировали в вертикальной аэродинамической трубе в тех же условиях, в которых проводились испытания «парашютов». Все диски создали заметный вихревой след. От более пористых дисков эти вихри отделялись, образуя ОВК.

Учёные выяснили, что число ворсинок «парашюта» может изменяться в довольно узких пределах, примерно от 90 до 100 штук, и заподозрили, что это не случайно. Расчёты подтвердили, что расположение ворсинок — соотношение их толщины и зазоров между ними — идеально приспособлено для создания подъёмной силы и стабилизации полёта при минимальном весе использованного материала.

Изучив физическую подоплёку полёта семян одуванчика, учёные обнаружили новый тип поведения текучей среды вокруг погружённых в неё тел. В будущем эти исследования могут пригодиться при конструировании летательных аппаратов.

Источник: 22century.ru

Добавить комментарий