Родилось такое утверждение в начале XX века, когда бурно развивалось самолетостроение. Ученые того времени применяли к насекомому условия полетов по законам аэродинамики (вычисления силы, предназначенной для подъема в воздух тяжеловесных лайнеров).
Почему выбор пал на мохнатое насекомое? У шмеля относительно грузной массы тела маленькие по размеру крылышки. Это и привлекло внимание ученых.
Математические исчисления подходили для пчел, мух, бабочек, а вот к шмелям это применение по законам физики оказалось невозможным. Загадочное насекомое опровергало все математические выводы ученых. Что они сделали? Попытались вписать шмелиный полет к формулам, исчисляющим подъемную силу авиалайнера, забыв о том, что самолет не умеет махать крыльями.
В итоге, получив парадоксальный вывод о невозможности полета земляной пчелы, ученые заявили, что «шмель летать не может, но летает, нарушая законы физики». Но мохнатое насекомое физику не изучало и на лекциях не сидело.
Так почему шмель летает?
Наука развивалась. Полет насекомого, то, с какой скоростью и как именно оно летает, удалось досконально снять на камеру. Взмахи крыльев просматривали в замедленном темпе, изучали траекторию движения. Какие выводы получили?
При интенсивной работе крылышек, их края образуют воздушные завихрения. Завихи убираются, как только крыло перестает взмахивать. Эти завихрения воздуха обладают различной плотностью воздушного потока.
Разница в давлении воздуха создает силу подъемную, которая и поднимает бомбуса в воздух.
Та же бабочка или комар не могут сбрасывать воздушные завихрения, их полет заложен на планировании в потоке воздушных масс. Шмель летает вопреки законам аэроанализа, ведь его работающие крылышки рождают большую аэродинамическую силу. А возвратно-поступательные взмахи крыльев делали исследования передвижения насекомого слишком сложными и непредсказуемыми для аналитики.
Аэродинамическая поверхность с подвижной амплитудой генерирует гораздо большую подъемную силу, чем жестко фиксированное крыло. И крылышки шмеля создают одновременно не только возвратно-поступательные, но и ритмически-колебательные движения (за секунду крыло бомбуса совершает 300-400 таких взмахов).
Доказательную базу привела в середине XX века женщина-физик из Корнельского университета Чжэн Джейн Ван (Jane Wang). Она потратила много часов, моделируя за сверхмощным компьютером схему движения вихревых потоков, создаваемых шмелиными крыльями, и сделала окончательный вывод: «Шмель не нарушает аэродинамические законы. Его полет зависит от крыльевых завихрений. А при полете самолета воздух обтекает его».
Чжэн отметила, что миф о полете земляной пчелы – это следствие неграмотного понимания инженерами-авиаконструкторами нестационарной газово-вязкой динамики.
Лайнер, выстроенный со строгим соблюдением шмелиных пропорций, никогда бы не взлетел. Принципы работы крыльев земляной пчелы невозможно применить для авиастроения. Но в будущем, если появится модель вертолетов с гибкими, эластичными лопастями, полет шмеля пригодится авиаконструкторам!
«Полёт шмеля», исполненный американским военным оркестром
Помощь по воспроизведению
«Полёт шмеля» — оркестровая интермедия, написанная Николаем Римским-Корсаковым для его оперы «Сказка о царе Салтане», сочинённой в 1899—1900 годах. Интермедия оканчивает третий акт, в котором Лебедь-птица обращает князя Гвидона в шмеля, чтобы он мог слетать к своему отцу (который не знает, что он жив).
В первой части интермедии Лебедь-птица поёт, однако её пение не играет большой музыкальной роли, и потому его можно легко опустить. В сочетании с тем, что данная интермедия оканчивает акт, это позволят легко выделить её в отдельную оркестровую миниатюру.
Текст
Этот текст исполняется Лебедь-птицей в начале интермедии:
(Гвидон спускается с берега в море. Из моря вылетает шмель, кружась около Лебедь-Птицы.)
ЛЕБЕДЬ-ПТИЦА: Ну, теперь, мой шмель, гуляй, судно в море догоняй, потихоньку опускайся, в щель подальше забивайся. Будь здоров, Гвидон, лети, только долго не гости! (Шмель улетает.)
Хотя словосочетание «Полёт шмеля» не упоминается в нотном издании, за интерлюдией закрепилось именно это название. По воле случая этот музыкальный отрывок не вошёл в оркестровую сюиту, которую композитор извлёк из оперы для концертов.
Знатоки оперы могут узнать два лейтмотива, использованных в «Полёте», которые ранее в опере сопровождали появление князя Гвидона. Вот их музыкальная нотация:
«Полёт шмеля» известен благодаря своему бешеному темпу исполнения: тональности меняются почти непрерывно, со скоростью вплоть до шестнадцатых. Таким образом, основной трудностью для музыканта является не высота или диапазон звука, а чисто физическая возможность двигать смычок взад-вперёд со столь колоссальной скоростью.
Хотя оригинальная версия оперы милосердно распределяла особенно быстро исполняемые отрывки между двумя скрипачами в тандеме, спустя век после написания «Полёт» стал классической презентацией виртуозов-одиночек (вне зависимости от того, используют ли они скрипку или какой-нибудь другой музыкальный инструмент).
Историю создания «Полёта шмеля» Римского-Корсакого, содержание произведения и множество интересных фактов читайте на нашей странице.
История
Само собой разумеется, что история сочинения знаменитой интермедии, впоследствии получившей название «Полёт шмеля», неделимо связана с созданием композитором Римским-Корсаковым чудесной оперы «Сказка о царе Салтане».
К началу девяностых годов XIX века жизнь Николая Андреевича отличалась большой активностью. Так, наряду с педагогической работой в консерватории и в придворной Певческой капелле, он много занимался дирижёрской практикой, а также был инициативным участником творческого объединения музыкантов, получившего название «Беляевский кружок». Однако стоит отметить, что сочинительская деятельность композитора в то время замерла. Наступил период трёхгодичного композиторского бесплодия и для этого были разные причины, в том числе и сложная общественно-политическая ситуация в стране.
Творческий кризис Николая Андреевича миновал с того момента, как в 1894 году из-под его пера вышли первые такты оперы «Ночь перед рождеством», ну а затем все вошло в свою колею, и в 1896-ом появился « Садко », а в 1998-ом – « Царская невеста ». В ту пору уже отдыхать на композиторском поприще Римскому-Корсакову было некогда, поскольку в следующем 1899 году в России должно было отмечаться столетие со дня рождения великого Пушкина. Все творческие люди готовились к празднику: поэты писали стихи, скульпторы ваяли памятники, а издатели печатали сборники воспоминаний. Само собой разумеется, что не откликнуться на столь знаменательное событие Николай Андреевич не мог.
Однако встал вопрос, какое произведение сочинить в качестве подарка выдающемуся поэту на юбилей? Творения русского гения всегда привлекали композитора и в этот раз он остановил свой выбор на лиро-эпическом сочинении Александра Сергеевича «Песнь о вещем Олеге», посчитав, что кантата, написанная на основе этого произведения, весьма достойна такой торжественной даты. Не оставляя размышлений по данному поводу, Римский-Корсаков вдруг припомнил былой разговор с искусствоведом Владимиром Васильевичем Стасовым, который предлагал композитору обратить внимание на всеми любимую «Сказку о царе Салтане» и обязательно написать на её основе оперу. Развивая эту идею, Николай Андреевич ещё раз внимательно перечитал сказочное произведение Пушкина и, подметив для себя жизнелюбивый настрой и удивительную музыкальность поэтического текста, долго не раздумывая, обратился к Владимиру Ивановичу Бельскому – либреттисту, с которым два года назад успешно работал над оперой «Садко».
Уже зимой 1898 года, начиная работать над сценарием оперы, композитор поставил цель: содержание музыкального спектакля должно быть максимально приближено к первоисточнику. И действительно Римский-Корсаков бережно сохранил образы и сюжетную линию пушкинского сказочного произведения и если внёс некоторые изменения, то весьма незначительные. Например, царица получила имя Милитриса, чудный город, в котором правил князь Гвидон стал называться Леденец, а царство славного Салтана – Тмутаракань. После тщательной проработки либретто сочинение музыки, начавшееся весной 1899 года к осени было уже закончено, а затем безостановочно продолжилась работа над партитурой. В январе 1900 года оркестровка всех четырёх действий оперы, в число музыкальных номеров которой вошла вышеупомянутая интермедия, изображающая полёт шмеля, была закончена. Премьерное исполнение спектакля успешно состоялось в октябре того же года в Москве в «Товариществе русской частной оперы».
Интересные факты
Содержание «Полёта шмеля»
«Полёт шмеля» — это оркестровая интермедия, эффектно завершающая третий акт оперы «Сказка о царе Салтане».
Согласно сюжетной линии в третьем действии князь Гвидон, стоя на берегу моря, с тоской провожает взглядом корабль, на котором гости-корабельщики поплыли в Тмутаракань – в царство-государство царя Салтана. Повстречав Лебедь-птицу, князь жалуется, что ему очень хотелось бы увидеть своего отца. Стараясь выполнить пожелание Гвидона, Лебедь-птица преврашает его в шмеля, чтобы он мог долететь до уплывающего корабля, а затем незаметно добраться до царских палат Салтана. Полёт князя Гвидона, превращённого в шмеля отображает инструментальная зарисовка, которая в партитуре оперы никакого названия не имеет.
Эта миниатюра, написанная композитором в двухдольном размере и тональности ля минор, исполняется в очень быстром темпе. Композитор искусно изобразил жужжание мохнатого насекомого, использовав такие средства музыкальной выразительности, как стремительное движение шестнадцатых длительностей по полутонам. Кроме того, в мелодической линии композиции, основанной на хроматизме, автор мастерски завуалировал два ранее звучащих лейтмотива князя Гвидона.
Необходимо отметить, что в опере на интермедию, изображающую полёт шмеля, накладывается вокальная партия Лебедь-птицы, а кроме того фрагменты композиции эпизодически слышны и в четвёртом действии, когда рассерженное насекомое по сценарию произведения жалит своих злобных тёток.
Как летает шмель: силы природы и законы аэродинамики
Одной из самых распространённых разновидностей пчёл является шмель. Мохнатое и шумное насекомое имеет маленькие крылья в сравнении с пропорциями тела. Согласно законам аэродинамики, полёт насекомого с такими параметрами просто невозможен. Длительное время учёные проводили исследования, чтобы понять каким образом это возможно.
Строение крыльев шмеля в сравнении с самолётом
Существует целая наука – бионика, наука что объединяет технику и биологию. Она изучает различные организмы и то, что люди могут извлечь из них для себя.
Люди часто берут что-то из природы и тщательно изучают. Но шмель долгое время ученым не давал покоя, а точнее его способность летать.
Физиками установлено, что самолёт летает благодаря сложной конструкции крыла и аэродинамической поверхности. Эффективная подъёмная сила осуществляется с помощью округлой передней кромки крыла и крутой задней кромки. Мощность тяги двигателя составляет 63300 фунтов.
Аэродинамика полёта самолёта и шмеля должна быть одинаковой. Учёными доказано, что согласно законам физики, шмели не должны летать. Однако это не так.
Крупный шмель и его крылья.
Крылышки шмелей способны создать большую подъёмную силу, чем рассчитывают учёные. Если бы у самолёта были пропорции шмеля, то он не оторвался бы от земли. Насекомое можно сравнить с вертолётом, имеющим гибкие лопасти.
Проверив в отношении шмелей теорию, применимую к Боингу 747 физики установили, что размах крыльев составляет от 300 до 400 взмахов за 1 секунду. Это возможно благодаря сокращению и расслаблению мышц брюшного отдела.
Нарисованные узоры крыльев при взмахах — причина различных аэродинамических сил. Они противоречат любой математической теории. Крылышки не способны качаться как дверь на обычной петле. Верхняя часть создаёт тоненький овал. Крылья могут переворачиваться при каждом взмахе, направляя верхнюю часть вверх при взмахе вниз.
Частота взмаха больших шмелей не менее 200 раз в секунду. Максимальная скорость полёта достигает 5 метров в секунду, что равно 18 км в час.
Разгадка тайны полёта шмелей
Для разгадки тайны физикам пришлось сконструировать модели крылышек шмелей в увеличенном варианте. В результате этого учёным Дикинсоном были установлены основные механизмы полёта насекомого. Они состоят из замедленного срыва воздушного потока, захвата струи спутной, вращательного кругового движения.
Крыло рассекает воздух, что приводит к замедленному срыву воздушного потока. Чтобы оставаться в полёте, шмелю необходим вихрь. Вихри — вращающиеся потоки вещества, схожие со стекающей водой в раковине.
При движении крыла, имеющего небольшой угол, воздух рассекается в передней части крыла. Затем происходит плавный переход в 2 потока, находящихся вдоль нижней и верхней поверхности крыла. Скорость верхнего потока больше. Это производит подъёмную силу.
Благодаря первому этапу замедления увеличивается подъёмная сила. Этому способствует короткий поток — вихрь передней кромки крыла. Вследствие этого образуется низкое давление, что приводит к увеличению подъёмной силы.
Таким образом, установлено, что шмель летает в огромном количестве вихрей. Каждый из них окружают воздушные потоки и маленькие вихри, созданные взмахами крыльев. Кроме этого крылышки образуют временную мощную силу, которая появляется в конце и в начале каждого взмаха.
Заключение
В природе есть множество загадок. Способность к полётам у шмелей — феномен, исследованный многими учёными. Это можно назвать чудом природы. Маленькие крылышки создают такие мощные вихри и импульсы, что насекомые летают с большой скоростью.
masterok
masterok
