1 Существует у судостроителей ошибочное мнение, что кожа дельфинов выделяет полимерную смазку, которая уменьшает сопротивление трения жидкости и гасит турбулентные пульсации благодаря длинно-цепочной структуре молекулы-полимера. В действительности же у дельфина нет ни кожных желез, ни их выделений и «рыбный» (за счет кожной слизи) способ уменьшения сопротивления воды при плавании к нему неприменим. Однако в коже дельфина все время отшелушивается тонкий наружный слой. Это позволяет ему постоянно очищаться от водорослей и других морских организмов, которые снижали бы его скорость. У трупов китов, лежащих на воздухе, верхний слой эпидермиса затвердевает и легко отделяется вроде целлофановой пленки.
Какие же приспособления в коже позволяют дельфину быть «скороходом морей» и отличным прыгуном?Кожа дельфина очень упругая, эластичная, несмачиваемая (гидрофобная), противостоит гидравлическим ударам при большой скорости его движения1. Для объяснения парадокса Грэя возникло несколько гипотез. Одна из них объясняла, «что стремительно плывущий дельфин может уменьшать вихри в потоке, обтекающем его тело, за счет передачи тепла вдоль тела от одного участка кожи к другому». По другой гипотезе, дельфин «уменьшает сопротивление воды поверхностью своей кожи и способен при увеличении скорости гасить завихрения, возникающие в пограничном слое жидкости».
Рис. 23
Различные прыжки обыкновенных дельфинов: а — пологий; б — высотный (по вертикали); в — с плаванием на спине; г — с поворотом вокруг оси тела. По Г. Пиллери.
При движении в воде всякое тело испытывает сопротивление. Сила сопротивления зависит от строения потока около тела. У хорошо обтекаемых тел можно различать несколько областей. У носа или головного конца в пограничном слое (вблизи тела) обтекание упорядоченное (ламинарное) и сила трения минимальная. Затем на некотором расстоянии ламинарное обтекание нарушается и становится турбулентным: в пограничном слое возникают вихри (поперечные движения частиц жидкости), и сопротивление на этом участке резко возрастает. Еще дальше — к корме или хвосту — может произойти срыв обтекания с образованием еще больших вихрей.При конструировании обтекаемого тела основная задача — не допустить перехода ламинарного течения в турбулентное и срыва потока. Турбулизация пограничного слоя всегда связана с первоначальным возникновением колебаний в этом слое. Гибкая кожа при известных условиях будет задерживать возникновение вихревого потока в пограничном слое.М. Крамер пытался найти в коже дельфина ту структуру, которая способствует уменьшению сопротивления воды. В коже дельфина есть два основных слоя — эластичный наружный (эпидермис) и лежащий под ним упругий внутренний (дерма с высокими сосочками и жировым отложением). По мнению ученого, наружный слой выгибается и пружинит под давлением воды, подобно поролоновому матрацу, который прогибается в определенных местах под тяжестью тела. Бионик В. Мартека так комментирует концепцию Макса Крамера: «Там, где вода, обтекающая быстро плывущего дельфина, должна была бы образовывать маленькие вихри турбулентного течения, кожа прогибается внутрь и как бы вбирает в образовавшееся углубление потенциально опасный (в смысле турбулентности) участок водной среды. Зарождающееся в этом месте завихрение оказывается словно изолированным от других частиц воды, проносящихся мимо. Таким образом обеспечивается ламинарное обтекание дельфина».