Самари з кленів, високоефективні гіроплани Zoom Nature
Самарою ми називаємо будь-яке насіння або плід із крилоподібною несучою поверхнею, що, таким чином, дозволяє переносити вітром на відстань. З точки зору експлуатації, існує два основних типи: ті, які ковзають під час зависання (як крилаті насіння бігнонів), або ті, що обертаються на собі під час закручування. У цій другій групі ми знаходимо багато насіння або плодів дерев, здатних долати досить великі відстані, включаючи клени .
Восени діти люблять кидати стиглі кленові самари в повітря і спостерігати, як вони падають, як вертольоти, як то кажуть, до того, що в просторіччі їх часто так називають. Це можливість уважніше спостерігати за їх особливою, кружляючою траєкторією, що робить їх особливим випадком у групі "самообертаючихся насіння".
Кленовий гілка явора, восени завантажений пучками стиглих самарас
Від дисамари до самари
"Справжній" плід кленових дерев насправді є погіршенням стану, що виникає внаслідок перетворення квітки, в якій маточка складається з двох симетричних частин, суміжних з кожною яйцеклітиною, яка дає насіння. Стінка яєчника швидко розвиває крилоподібний наріст.
Ми можемо побачити ці незручності восени в скупченнях, що звисають на їх плодоніжках, два крила утворюють V більш-менш відкриті залежно від виду.
Дозрівши, два самари висихають і тверднуть і відокремлюються один від одного, але кожен залишається прикріпленим ниткою. У кожної самари біля основи є твердий будиночок (черепашка), в якому є плоске насіння та широке ребристе крило з потовщеним підкріпленням. При сильному вітрі самари в кінцевому підсумку відриваються від своєї опори, а потім здійснюють остаточне падіння і, можливо, своє переміщення на відстані.
Часто неінформовані люди намагаються підкинути у повітря незрілі самари, які все ще згруповані по парах: розчарування і повний провал, бо все це падає прямо на землю, як камінчик. Це відокремлена самара, яка є дисперсійною одиницею, єдина, здатна подорожувати з вітром і приземлятися більш-менш далеко.
Як автожир
Самара рухається вниз по траєкторії вздовж вузької штопорної спіралі, обертаючись у напівнахиленому положенні, насінням вниз і нахилом крила в сторону; таким чином, кінчик крила описує при кожному повороті на себе конус, широко відкритий відносно вертикальної осі під кутом близько 80 °. Вісь спіралі знаходиться навколо центру ваги самари, де знаходиться насіння. Фахівці з аеронавтики порівнюють такий пристрій з автожиром, різновидом невеликого літального апарату, який має горизонтальний гвинт зверху (ротор, як вертоліт), який підтримує його в повітрі, але не рухає вперед. Рух забезпечується гребним гвинтом спереду, на носі літака. Ротор в польоті включається сам, двигун вимкнений, як крило самари.
Триступенева гірація
Американська команда з Університету Ітаки (1) зняла знімок клена самараса, який на високій швидкості падає з висоти 1,5 м. Найбільше вражає надзвичайна стабільність самари під час її падіння: навіть якщо ви натискаєте на неї, вона продовжує залишатися безтурботною. Дивлячись згори, насіння обертається або за годинниковою стрілкою, або навпаки: немає преференційного напрямку (немає хиральності, як кажуть фахівці). Швидкість падіння справляє тягу на крило і створює крутильну силу, яка, враховуючи сильну жорсткість крила, приводить самару в обертання і змушує її обертатися навколо своєї вертикальної осі.
Холостий хід дозволяє тричі розрізнити при спуску. Протягом дуже короткої хвилини після випуску самара котиться по собі горизонтально; відразу після того, як він досягнув достатньої швидкості, він різко нахиляється на своїй вертикальній осі під впливом кручення, створюваного грою тисків, що призводить до нахилу самари, насіння вниз, крила вгору. Отримане нестабільне положення балансує під кутом до вертикалі: самара опускається, перебуваючи "під кутом", а крило вгору описує конус обертання (див. Схеми вище).
Що спонукає цю гирацию ?
Щоб краще зрозуміти механіку, що лежить в основі цієї траєкторії, дослідники (1) модифікували самарас, відрізавши частину крила або частину насіння, і вони спостерігали наслідки для траєкторії, також знімаючи їх. І вони отримують дуже дивовижний результат: самари, у яких була відрізана частина крила (або навіть майже все крило, за винятком потовщеного обода), продовжують приймати цю спіральну траєкторію, підтримуючи певний кут і описуючи конус кінчиком крила; вони просто швидше падають. Детально, щоразу, коли ми знімаємо частину крила, кут конуса обертання трохи збільшується; самара наближається трохи ближче до горизонталі. Коли ми досягаємо всього знятого крила, крім його краю, кут різко падає: самара падає спірально, але дуже різко випрямляється до вертикалі. Отже, ці результати показують, що причина обертання мало пов’язана з аеродинамічною силою кручення, яку чинить крило під час спуску.
Відповідь потрібно шукати, ставлячи під сумнів ефект самого нецентрового центру ваги самари із насінням на кінці. Якщо ми видалимо частину насіння в його відділі, траєкторія зберігається; з іншого боку, якщо її видалити повністю, самара падає хаотично. Тому саме дисиметричний розподіл маси породжує це обертання. Потім відбувається тонке зчеплення між аеродинамічним крученням і жорсткістю конструкції, яка дуже точно розміщує самару в просторі під час її обертання.
Нарешті, залишається важливе питання: у чому сенс такого складного механізму? Дійсно, навіть якщо самара обертається відповідно до гвинта, вона, тим не менше, прямує вниз ... просто під дерево, що виробляє, що зовсім не вигідно для виду, оскільки майбутні саджанці пройдуть подвійну конкуренцію, як у дерева, так і у з незліченних сусідів! Існує справді незаперечна перевага: це значно уповільнення спуску (як у парашуті, але пристосованого до відносно великої ваги) і "сподівання", що боковий вітер скористається ним, щоб штовхнути його і дозволить найбільший розгін. далеко від батьків і з надією висадитися у вигідному місці, ще не зайнятому !
Ця явора самара приземлилася на старій стіні посеред моху; можливо, нове середовище для завоювання, якщо йому вдасться прорости і якщо його саджанець знайде тріщину !