Странный блог

Астрид Линдгрен в далеком 1955 году создала литературного персонажа, который весьма необычен.
С виду Карлсон толстенький человечек невысокого роста, говорящий о себе как о "слегка упитанном мужчине, в самом расцвете сил". Он хулиган, шалопай, выдумщик, обожает шкодничать. Его проделки вполне вписываются в поведение подростка. Однако у Карлсона есть одно свойство, которое разительно отличает его от других сказочных персонажей. Он летает, используя аэродинамику!

Писательница упоминает, что у Карслона есть мотор с пропеллером, а вместо одной из пуговиц - небольшая кнопка. Нажав на кнопку, Карлсон включает мотор, который позволяет ему выписывать разные фигуры высшего пилотажа.

Давайте оставим в стороне такие аспекты человеческой психики, как непреодолимая тяга подростков к проделкам. Психологи скажут нам, что растущий человек изучает мир. Он еще не научился задаваться вопросом "огорчатся ли родители, если я разрисую обои". Он хочет видеть, как выглядят разрисованные им обои.

Тема этой заметки другая. Я хочу рассказать читателям, мог ли Карлсон действительно летать. Признаюсь, я в детстве, зачитываясь этой сказкой, тоже мечтал о моторчике с пропеллером за спиной. Почему я так тоже не могу? Но лишь став авиационным инженером, и осознав принципы полета летательных аппаратов тяжелее воздуха, я смог ответить на этот вопрос.

Хвостовой винт

Каждый, кто видел распространенный вертолет Ми-8, наверняка заметил, что кроме большого несущего винта, на вертолете еще есть небольшой хвостовой винт. Этот винт служит двум целям сразу.


Во-первых, он компенсирует реактивный момент несущего винта. Несущий винт, когда вращается в воздухе, испытывает сопротивление. То есть двигатели вертолета тратят свою мощность именно на преодоление этого сопротивления. Каждый, кто сверлил стенку, замечал, что дрель стремится вырваться из рук. И у дрели, и у несущего винта вертолета возникает реактивный момент, направленный против направления вращения.

Во-вторых, хвостовой винт служит для управления по рысканию. Так называется в авиации угол, лежащий в горизонтальной проскости. В картографии этот угол называется "азимут". Перемещая педали, пилот вертолета управляет хвостовым винтом, и момент этого винта становится больше или меньше реактивного момента несущего винта. Таким образом, нос вертолета поворачивается либо вправо, либо влево.

Замечу, что кроме хвостового винта на вертолетах применяется и другие способы компенсации реактивного момента несущего винта. Например, на вертолете Ка-26 этих винтов два, и они вращаются в противоположенных направлениях, компенсируя реактивный момент друг друга. На некоторых зарубежных вертолетах применяется вентилятор (или воздушный винт в кольце). Есть и очень хитрые экспериментальные вертолеты, где для компенсации реактивного момента используется эффект Коанда. То есть все вертолеты так или иначе этот реактивный момент компенсируют.

Теперь вернемся к Карлсону. Писательница не упоминает ни одного из перечисленных способов компенсации реактивного момента. Следовательно, Карлсон, если бы нажал на известную кнопочку на животе, немедленно стал бы крутиться в другую сторону!

Несущий винт

На Ми-8 несущий винт достаточно велик. Почему? Потому что вертолету приходится "опираться" на воздух. Несущий винт должен уметь создавать тягу, уж никак не меньшую, чем суммарный вес самой конструкции вертолета, экипажа, топлива, груза или пассажиров, который вертолет перевозит.

Но как несущий винт создает тягу? Вращаясь в воздухе, винт как бы вкручивается в него (примерно, как шуруп в дерево). Отличие в том, что воздух не дерево. То есть он представляет из себя довольно разреженную среду. Поэтому ни один воздушный винт не сможет развить бесконечно большую тягу, какую мощность к нему не подводи. Конструкторы авиационной техники давным-давно знают о всех физических процессах, происходящих на лопастях несущего винта. И одно правило действует безотказно: хочешь получить воздушный винт с большей тягой - увеличивай диаметр винта!

Но давайте посмотрим на Карлсона. У него в районе пояса крепится крохотный вентилятор. Он настолько маленький, что Карлсон возит Малыша на загривке, ничуть не опасаясь повредить своего пассажира лопастями.

Такое явное противоречие заставляет, как минимум, насторожиться. А если не "как минимум", то нам следует признать, что Карлсон летать не может.

Пилотаж и маневрирование

Несущий винт вертолета служит не только для того, чтобы вертолет "висел". Вертолет - это летательный аппарат, который не только висит, но и летает. Каким образом вертолету удается лететь по горизонтали?

Вся хитрость заключена в очень сложной конструкции несущего винта. Каждая лопасть снабжена тремя шарнирами. Это осевой, горизонтальный и вертикальный шарниры. Вертикальный служит для того, чтобы лопасть свободно колебалась в полете по азимуту. Тем самым снижаются напряжения, возникающие в материале лопасти. Но нас сейчас интересуют два шарнира, позволяющие управлять "конусом" несущего винта.

Этот конус образуется в результате действия на лопасти двух сил: центробежной и подъемной. Если центробежная сила стремится выстроить все лопасти в горизонтальной плоскости, то подъемная сила тянет лопасти вверх. Горизонтальный шарнир как раз для того и нужен, чтобы дать лопасти найти новое положение.

Теперь, если наклонить этот конус вперед, на несущем винте возникнет, кроме вертикальной, еще и горизонтальная составляющая силы тяги. Вертолет не только будет висеть в воздухе, но еще и начнет перемещаться вперед. То есть полетит, куда нужно.

На самом деле, конус можно наклонить не только вперед, но и назад, и вбок. Наклоняя конус назад, мы можем погасить горизонтальную скорость и даже полететь "хвостом вперед". Если наклонить конус вбок, мы введем вертолет в вираж.

У Карлсона нет никаких таких сложных механизмов. Следовательно, он и летать не может.

Третий вид (кроме сапиенсов и неандертальцев) рода Номо стал популярен в новостях. Уже известно, что денисовцы скрещивались с кроманьонцами и неандертальцами. Мы знаем, что до 6% генов денисовца содержатся в геномах аборигенов Новой Гвинеи и Австралии. Статья об этом тут.

В нашем полку прибыло! Кроме Гомо Сапиенс и Гомо Неандерталенсис появилась уверенность в существовании третьего вида - Денисовского человека. Причем это одновременно намекает на существование четвертого вида! Яванские хоббиты не в счет.

Вирус, встроившийся в геном наших предков, влияет на работу мозга. Статья об этом тут.

Новое исследование, посвященное кембрийскому взрыву. На примере членистоногих.

Найдены самые древние (3.5 млрд. лет) бактериальные маты. Статья об этом тут.

Кое что новенькое из исследования механизмов репликации ДНК: оказывается, механизмов два, причем более древний даже эффективнее современного!

В Nature опубликована интересная статья. Ее авторы - американцы Шереф Манси (Sheref S. Mansy), Джейсон Шрум (Jason P. Schrum), Матанги Кришнамурти (Mathangi Krishnamurthy) и др. Из учебников биологиии мы помним, что в начале 20-го века академик Опарин выдвинул гипотезу "коацерватных капель". Эти капли были гетеротрофами - поглощали нужные для себя вещества из окружающей среды.

Гипотеза Опарина подверглась сомнению. Причина: современная фосфолипидная мембрана клеток не пропускает нуклеотиды внутрь. Команда Манси сделала предположение, что мембрана протоклеток могла быть устроена иначе. Для этого была поставлена серия экспериментов. Были созданы искусственные пузырьки, у которых фосфолипидная мембрана была заменена на смесь жирных кислот с глицериновым эфиром той же кислоты. Оказалось, такие мембраны пускают нуклеотиды внутрь. Более того, попав внутрь, нуклеотид самостоятельно встраивается в затравку ДНК. Например, цитозин становился напротив комплементарного ему гуанозина. Эта реакция протекало очень неторопливо, в среднем 96 минут на нуклеотид. Современные клетки осуществляют эту реакцию в десятки миллионов раз быстрее, поскольку обладают биологическими катализаторами - белками.

Полученные результаты показывают, что первые живые клетки все-таки могли быть гетеротрофами.

Сайт "Элементы" - любимое пастбище Динозавра. Он там давно ошивается, почитывая всякие вкусняшки.

В этом сообщении речь пойдет о рибосоме - молекулярной машине, позволяющей собрать белок по инструкции, записанной на матричной РНК. Группа канадских биофизиков из Монреаля задалась вопросом: можно ли упростить рибосому? Они анализировали пространственную структуру этой органеллы, выдирая из нее целые куски. Оказалось, что такое "упрощение" не ведет к потере функциональности рибосомы (лишь снижая ее эффективность с каждым утерянным куском). Схематично рибосому можно представить из пяти доменов. Оказалось, что даже если удалить все домены, кроме пятого, являющегося ключевым, то он продолжает работать! Более того, даже этот домен удалось упростить, вычленив из него реакционный центр - довольно простую молекулу РНК. Очевидно, этот вывод хорошо укладывается в концепцию РНК-мира, гласящий: "все началось с РНК". Молекула РНК, однажды взяв на себя функции трансляции, постепенно усложняясь, развилась до современной рибосомы.

На сайте "Детали мира" появилась интересная статья, рассказывающая об исследовании Человека Дманисского (Homo georgicus). Двадцатилетнее исследование международного коллектива ученых позволяют сделать любопытный вывод: три колена рода Homo - человек умелый (H. habilis), человек прямоходящий (H. erectus), и человек рудольфский являются не тремя разными видами, а одним. Похоже, это три "расы" одного вида Homo georgicus.