Почему насекомые не разбиваются, даже падая с многоэтажки

Представьте: жук или муравей срывается с балкона многоэтажки, летит вниз и через несколько секунд как ни в чём не бывало продолжает заниматься своими делами. Человеку такое падение не оставило бы почти никаких шансов. Но насекомые живут по немного другим законам масштаба. И даже самые большие насекомые по сравнению с нами остаются невероятно лёгкими. Самое интересное, что дело не только в прочном панцире. Главная защита насекомого от падения — его крошечный размер.

Небольшое тело насекомого сильно тормозит сопротивление воздуха

Маленькое тело работает почти как парашют

Гравитация действует на муравья точно так же, как на человека. Но есть вторая сила — сопротивление воздуха. Чем быстрее падает тело, тем сильнее воздух его тормозит. В какой-то момент сопротивление становится настолько большим, что скорость перестаёт расти. Это называется предельной скоростью падения. Как объясняет NASA, она зависит в том числе от массы, площади и формы тела.

И тут насекомые получают огромное преимущество. У них очень маленькая масса, но относительно неё довольно большая площадь тела, лапок и крыльев.

Чем меньше тело, тем сильнее воздух тормозит его относительно собственного веса.

Ещё больше познавательных статей в нашем канале в MAX. Подпишись прямо сейчас!

Если уменьшить животное в десять раз, его масса уменьшится примерно в тысячу раз, а площадь поверхности — только в сто. Поэтому муравей по отношению к своему весу встречает куда большее сопротивление воздуха, чем человек. Эту особенность масштаба подробно разбирает и учебник OpenStax.

После нескольких этажей высота уже не так важна

Кажется логичным: чем выше падает насекомое, тем сильнее оно должно удариться. Но это работает только до определённого момента. Пока насекомое разгоняется, его скорость действительно увеличивается. Затем воздух уравновешивает силу тяжести, и дальше оно летит вниз примерно с одной скоростью.

После выхода на предельную скорость дополнительные этажи почти не делают удар сильнее.

После достижения предельной скорости насекомое почти перестаёт разгоняться.

Поэтому падение условного муравья с десятого и пятидесятого этажей может закончиться примерно одинаково. Это не значит, что высота вообще не имеет значения — просто после определённого момента скорость уже почти не растёт.

Именно поэтому вопрос «с какой максимальной высоты может упасть муравей» не совсем правильный. Для очень мелкого животного важнее не высота сама по себе, а его предельная скорость и то, куда именно оно приземлится.

При ударе просто нечему наносить большой урон

Есть ещё одна причина. Опасность падения связана не только со скоростью, но и с энергией, которую тело должно погасить при остановке. Человек тяжёлый, поэтому при ударе о землю его тело несёт огромную энергию. Муравей весит считаные миллиграммы. Даже если он разогнался настолько, насколько позволяет воздух, энергии у него всё равно совсем немного.

Удар маленького насекомого несёт слишком мало энергии, чтобы обычно серьёзно повредить его тело.

Из-за малой массы удар о поверхность получается сравнительно слабым.

По той же причине размер вообще сильно меняет правила жизни животных. Когда-то на Земле существовали гигантские насекомые, но увеличивать их до размеров собаки бесконечно нельзя: вместе с размером резко меняются масса, дыхание, прочность тела и аэродинамика.

Панцирь помогает, но это не суперброня

У насекомых нет костей вроде наших. Снаружи их тело покрывает кутикула — лёгкий экзоскелет на основе хитина и белков. Она одновременно поддерживает тело и защищает его от повреждений. Современные исследования показывают, что кутикула может сочетать жёсткие и более эластичные участки. В свежем обзоре её называют одной из главных конструктивных особенностей насекомых.

Прочный экзоскелет дополнительно защищает насекомое при приземлении.

При приземлении лапки, суставы и оболочка тела тоже помогают распределить небольшую нагрузку. Но хитиновый покров помогает пережить удар, а не отменяет его последствия. Крупного жука можно травмировать падением, крыло бабочки легко повредить, а столкновение со стеной или выступом во время полёта иногда опаснее самого приземления.

Муравей выживет, а огромный паук — не обязательно

Чем крупнее и тяжелее членистоногое, тем опаснее для него падение.

Ответы на самые частые вопросы о таких падениях:

• Муравей с крыши или из окна многоэтажки обычно имеет хорошие шансы остаться целым. Его малая масса и сопротивление воздуха работают в его пользу.
• Небольшой таракан тоже способен пережить весьма серьёзное падение, но чем насекомое крупнее и тяжелее, тем меньше у него это преимущество.
• Мухи и другие крылатые насекомые часто вообще превращают падение в полёт, стабилизируя себя крыльями.
• Паук — не насекомое, а паукообразное. Для маленьких пауков действует та же выгодная физика масштаба, но крупные пауки могут быть довольно хрупкими. Например, Корнеллский университет предупреждает, что тяжёлые тарантулы способны серьёзно травмироваться даже при сравнительно небольшом падении.
• В вакууме насекомому пришлось бы хуже. Воздуха, который тормозит падение, там нет. Маленькая масса всё ещё остаётся преимуществом, но встроенного «воздушного парашюта» уже не будет.

Так что маленький муравей, исчезнувший за краем балкона, вовсе не обязательно отправился в последний полёт. Скорее всего, через несколько секунд он уже ползёт дальше — будто ничего особенного и не произошло.