Это невероятно! Открытия, достойные Игнобелевской премии

Статью «Дятел как молоток» трое авторов опубликовали в научном журнале с длинным названием Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science.

Начали они с реверанса в сторону удостоенного Игнобелевской премии исследования доктора Ивана Шваба из Школы медицины Университета Калифорнии в Дэвисе. В 2002 году Шваб написал работу о том, почему у дятла не болит голова. Механические свойства птичьей головы поразили Шваба. Мозг птицы не превращается в кашу во время долбления, а глаза не выпадают из орбит — настоящее чудо. Команда из Университета Бата решила смотреть на вещи шире: тело птицы — единое целое, и все в дятле, от хохолка до лап — перья в том числе! — по-разному служит главной его задаче: эффективно долбить дерево.

Рентгеновский снимок дятла, сбитого автомобилем (вверху), схематический чертеж дятла за работой (внизу).

Винсент, Сахинкая и О’Шеа тщательно обследовали зеленого дятла (Picus viridis), сбитого автомобилем и подобранного уже мертвым. Птичьи останки изучили всеми возможными традиционными методами, а также сделали рентгеновский снимок. Целью было установить массу головы и массу тела, а также выяснить, каковы у этого тела пропорции. У ученых имелась также видеозапись, на которой живой и здоровый дятел, похожий размерами на покойного, долбит клювом дерево. Все это вместе взятое позволило оценить силы инерции, действующие на голову и на туловище, упругость шеи, содержание воды в ее тканях, а также упругость тела как целого. Были выведены уравнения, описывающие движения дятла во всех фазах долбления. Чтобы математическая часть задачи не стала неподъемной, авторы решились на несколько огрублений, с инженерной точки зрения вполне оправданных. Допустим, позвонки и шейные сухожилия дятла — это пружина. А дерево — не что иное, как жесткая пружина с демпфером.

В исследовании с гордостью сообщается, какую пользу из него следует извлечь: «Одна из причин изучать дятла — разработка легкого молотка. Было отмечено, что дятел — птица, способная летать, поэтому он должен иметь максимально легкую конструкцию тела. Физический механизм, который создала эволюция для решения проблемы, — перенос импульса с тела на голову дятла — и был использован в дизайне нового молотка, где вращающийся элемент соединен стержнем с кожухом, так что мотор вместе с корпусом колеблется относительно центральной оси».

Винсент, Сахинкая и О’Шеа говорят, что изначально их молоток предназначался для использования в космосе, «где никакой инерции нет до момента, когда инструмент соприкоснется с объектом». Но первым делом, уверены авторы, их изобретение должны взять на вооружение зубные врачи.

Vincent J. F. V., Sahinkaya M. N., O Shea W. (2007). A Woodpecker Hammer. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science 221 (10): 1141-7.

ФИЗИКА КРАДУЩИХСЯ И ПАДАЮЩИХ КОТОВ

Коты могут красться, а могут падать, — но что бы они ни делали, коты обязаны подчиняться законам физики. Ученые не раз пытались узнать, как же им это удается.

Самые отчаянные головы выясняли, что происходит, если кота бросить с высоты. Кот в падении, кот перед неизбежным столкновением с землей — что, спрашивается, мешает ему разбиться? Одна только кошачья хитрость.

В 1969 году Т. Р. Кейн и М. П. Шер из Стэнфордского университета (США) опубликовали труд «Динамическое объяснение феномена падающей кошки». До сих пор он остается одной из немногих посвященных кошкам работ, опубликованных в Journal of Solids and Structures («Журнал о твердых телах и структурах»). Кейн и Шер объясняют: «Хорошо известно, что падающие коты обычно приземляются на лапы, даже если бросить покоящегося кота вверх тормашками. Были предприняты многочисленные попытки найти какую-нибудь достаточно простую механическую систему, которую законы динамики вынуждали бы повторять характерные движения кота в полете. Настоящая работа — пример такой попытки».

И что это за пример!

Ронять и поднимать котов Кейн и Шер не стали. Вместо этого они построили абстрактную математическую модель кота: два цилиндра (слегка неправильных) соединяются в одной точке таким образом, чтобы вся конструкция гнулась, но не скручивалась — как кошачий позвоночник. Когда на компьютере смоделировали падение этого теоретического кота, движения его напоминали те, что исследователи могли видеть на серии фотографий, запечатлевших падение с крыши настоящего кота. Ученые сделали вывод: их теория «объясняет рассматриваемый феномен».