Тише – дельфины!

Как уже указывалось, вода плотнее воздуха в 800 раз, и чтобы передвигаться в ней так быстро, как это делают дельфины, сила мышц у этих морских млекопитающих должна превышать обычную более чем в 10 раз. На самом деле мускулы китообразных не обладают большей силой, чем мускулы других млекопитающих: отношение силы к единице веса мышцы у всех высших животных приблизительно одинаково и не может изменяться в значительных пределах. Кроме того, чем энергичнее работает мышца, тем больше кислорода требуется для ее питания. Исследования дыхательной системы дельфина показали, что она не в состоянии была бы обеспечить организм животного кислородом, если бы его мышцы обладали сверхъестественной силой. Обычная мускулатура китообразных и их необычно высокая скорость - в этом и заключается парадокс Грея.

И тем удивительнее видеть, как мчатся дельфины без особых видимых усилий, стремительно пронизывая толщу воды, временами почти не работая хвостом и, тем не менее, не снижая заметно скорости. И так они могут плыть, часами, а иногда и сутками не отставая от кораблей!

Технический уровень того времени и отсутствие необходимых условий для проведения опытов не позволили приступить к разгадке феномена, названного парадоксом Грея.

Во время второй мировой войны у дельфинов зарегистрировали еще более высокую скорость: они, шутя, обгоняли торпедные катера, мчавшиеся со скоростью 40 километров в час!

Загадка оставалась неразгаданной два десятилетия, пока за нее не взялся М. Крамер, сподвижник печально известного фон Брауна - создателя ракеты ФАУ-2. После разгрома гитлеровской Германии оба они нашли приют в Америке, гостеприимно распахнувшей двери для этих крупнейших специалистов ракетостроения. Секрет скорости морских обитателей заинтересовал столь далекого, казалось бы, от них человека. Дело в том, что при больших скоростях воздух оказывает противодействие движущемуся предмету, почти соизмеримое с сопротивлением воды. Крамер решил выяснить, нельзя ли, установив, что позволяет дельфинам развивать столь высокие скорости, извлечь из этих знаний пользу для ракетостроения.

Сопротивление движению тела в любой среде находится в прямой зависимости от его формы и скорости. Гладкая поверхность и хорошо обтекаемая форма тела уменьшают сопротивление движению, так как снижают завихрения потока. Чем хуже обтекаемость, тем большее количество «водоворотов» образуется при движении тела и тем большее усилие требуется для поддержания определенной скорости. Спокойный, ламинарный поток вокруг тела с плохой обтекаемостью превращается в турбулентный, вихревой, создающий дополнительное сопротивление.

Было высказано предположение, что именно благодаря идеально гладкой коже и обтекаемой форме тела дельфинов поток вокруг них остается ламинарным даже при больших скоростях, позволяя тем самым тратить значительно меньшие усилия для быстрого плавания.

Крамер испытывал в гидродинамическом канале модель, точно копирующую по форме и размерам дельфина. И хотя поверхность модели тщательно отполировали и по гладкости она даже превосходила натуральную дельфинью кожу, сопротивление среды движению модели было обычным для твердого тела: оно изменялось пропорционально квадрату скорости.

Секрет заключался явно не в гладкости покрытия.

Когда вместо модели начали буксировать тело мертвого дельфина, положение изменилось: сопротивление росло медленнее и завихрения начали появляться лишь при значительных скоростях - свыше 30 километров в час. Мягкая, податливая кожа животного каким-то образом гасила турбулентность.

Изучение ее строения показало, что она состоит из двух основных слоев: наружного, эластичного и нижнего, упругого. Крамер высказал предположение, что наружный слой реагирует на изменение давления, предшествующее срыву ламинарного потока, и прогибается в этом месте, гася начинающееся завихрение. Действительно, искусственно созданное покрытие, грубо копирующее строение кожи дельфина, при испытаниях показало неплохие результаты. Было объявлено даже, что парадокс Грея больше не существует. Американская фирма «Раббер компании» в 1958 году провела серию опытов с этим покрытием, которое получило название «ламинфло». Новая обшивка давала ощутимый эффект, но лишь для небольших судов. При увеличении размеров корабля сопротивление резко возрастало. Покрытие явно не справлялось с возникающими крупными завихрениями. Да и получившийся выигрыш в скорости не решал полностью парадокса Грея.