Каков максимальный размер летающего существа?

Это зависит от многих факторов. Научный подход к этой проблеме называется аллометрией. Если мы изменим какие-то условия, физические параметры более или менее изменятся с определенной силой изменения. Например, согласно закону Клейбера , количество пищи, в которой нуждается животное, измеряется как$M^{3/4}$со своей массой$M$. Это означает, что если человеку массой 100 кг требуется 1 кг пищи в сутки, то мыши массой 100 г потребуется$(0.1 / 100)^{3/4} \times 1\;\mathrm{kg} = 5.6\;\mathrm{g}$. Это вполне подходит.

Аналогичные законы можно вывести и для полета, что позволяет оценить, насколько сложно было бы летать в очень разреженной атмосфере, как у Марса, или в очень плотной атмосфере Венеры.

Способность поддерживать полет

Согласно книге Пенникьюка «Моделирование летающей птицы», полет птицы вызывает изменение скорости воздуха. Эта скорость приблизительно рассчитывается как

Здесь$M$масса птицы,$g = 9.81 \;\mathrm{ms}^{-2}$ускорение свободного падения Земли,$B$размах крыльев,$\rho$плотность воздуха и$\pi$— математическая константа пи. Это не скорость птицы, а изменение скорости воздуха, вызванное полетом! Важно только рассчитать мощность$P$необходимо для поддержания полета

Этих трех законов должно быть достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос практически в любой среде. Вы можете рассчитать, сколько энергии вам нужно для полета и сколько энергии примерно доступно из пищи для животного данного размера.

Давайте попробуем подсчитать для Кетцалькоатля , самого большого животного, которое когда-либо летало. (Размах крыла 10 м, масса 200 кг). По формуле для скоростей v = 12,7 км/ч. Необходимая для этого мощность составляет примерно 7 кВт, что составляет 10 лошадиных сил. Учитывая, что животное размером примерно с лошадь, это кажется разумным, и мы видим, что полет, вероятно, был довольно сложной задачей.

Возьмем боевого орла (4,6 кг, размах крыльев 2 м). Получаем v = 10 км/час и требуемая мощность составит 120 Вт. У меня нет этих сведений об орлах, но они мне кажутся разумными. Мы видим, что самолеты могут летать с очень маленьким размахом крыльев, но только потому, что они могут использовать чрезвычайно большую мощность своих двигателей. У животных нет такого преимущества, и им нужен больший размах крыльев. (Это может стать проблемой, если 20-тонному животному требуется 100-метровый размах крыльев, чтобы соответствовать разумным требованиям к мощности — его крылья все еще состоят из плоти и костей, и оно, вероятно, не сможет выдержать вес животного.)

Плотная атмосфера

Мы также можем видеть, что полет на Венере (если бы она была пригодна для дыхания) потребовал бы в 20 раз меньшей мощности, и там могли бы летать гораздо более крупные животные. Может быть, даже больше, потому что для очень плотных атмосфер закон Архимеда начнет уменьшать массу животного, что сделает полет еще легче. В очень плотных атмосферах полет будет очень похож на плавание, а птицы могут быть похожи на рыб.

Я помню, как давно-давно кто-то вычислил, что длина около 5 метров была верхним пределом (больше этого, и либо он не мог летать, либо его крылья ломались под собственным весом).

Однако я откопал эту статью о физике драконов. Есть еще эта статья

О, и просто чтобы мы могли пропустить все это вместе, водородный шар не очень плавучий (посмотрите, сколько гелия требуется, чтобы поднять человека). Этот пост на форумах XKCD говорит об этом, если вам интересно.

Планирование должно быть возможным с гораздо большими размерами, чем возможность взлетать, приземляться и жить на земле. Во время полета крылья поддерживаются воздухом, поэтому не нужны кости и мышцы, достаточно сильные, чтобы удерживать их в растянутом состоянии, стоя на месте. Как и в винтовом самолете, дополнительная пара крыльев гораздо меньшего размера может при необходимости обеспечить движение. Также самолету требуется большая часть мощности двигателя во время взлета.

Существа могли подняться с земли на крейсерскую высоту, прежде чем полностью выросли.