Номер 9, страница 45 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

9. Почему бабочки летают бесшумно?

Решение

Звук, который мы слышим от летящих насекомых, представляет собой звуковые волны, создаваемые быстрыми взмахами их крыльев. Громкость и высота этого звука (жужжания) зависят от частоты и амплитуды взмахов. Бесшумный полет бабочек объясняется совокупностью нескольких физических и биологических факторов.

1. Низкая частота взмахов крыльев. Основная причина бесшумности полета бабочек — очень низкая частота, с которой они машут крыльями. У большинства видов бабочек она составляет от 5 до 12 взмахов в секунду ($5-12$ Гц). Человеческое ухо способно воспринимать звуки в диапазоне частот примерно от 20 до 20 000 Гц. Поскольку частота взмахов крыльев бабочки находится ниже нижнего порога слышимости человека, мы не воспринимаем эти колебания воздуха как непрерывный гул или жужжание. Для сравнения, пчела машет крыльями с частотой около $200$ Гц, а комар — до $600$ Гц, поэтому их полет мы отчетливо слышим.

2. Большое соотношение площади крыльев к массе тела. Бабочки имеют очень легкое тело и непропорционально большие по площади крылья. Такое строение позволяет им эффективно использовать аэродинамические силы и планировать в воздухе, создавая достаточную подъемную силу при медленных и плавных взмахах. Им не нужно совершать частые и резкие движения, чтобы удержаться в воздухе, в отличие от насекомых с тяжелым телом и маленькими крыльями, которые вынуждены махать ими с огромной скоростью.

3. Аэродинамика и структура крыла. Крылья бабочек не жесткие, а гибкие и эластичные. Они покрыты мельчайшими хитиновыми чешуйками, которые придают им характерный окрас. Эта структура имеет и аэродинамическое значение: чешуйки помогают сгладить воздушные потоки, уменьшая турбулентность и вихри, которые являются источником шума. Плавное, волнообразное движение гибкого крыла создает меньше резких перепадов давления в воздухе, чем жесткие и быстрые взмахи крыльев других насекомых.

4. Эволюционное преимущество. Бесшумный полет является важным эволюционным приспособлением. Он помогает бабочкам оставаться незамеченными для хищников (например, птиц, пауков, стрекоз), которые могут охотиться, ориентируясь в том числе и на звук. Тихий полет увеличивает шансы бабочки на выживание.

Ответ: Бабочки летают бесшумно в основном потому, что частота взмахов их крыльев ($5-12$ Гц) находится ниже порога слышимости человеческого уха (от $20$ Гц). Этому способствуют их легкое тело, большая площадь крыльев, а также особая структура крыльев, покрытых чешуйками, что в совокупности позволяет им летать с помощью медленных и плавных движений, не создавая громких звуковых колебаний.