Du tror måske, at en kolibri bare slår vingerne så hurtigt og hårdt, at det skubber nok luft ned til at holde sin lille krop flydende. Det viser sig, at det er meget vanskeligere end det.
Har du set en lille kolibri svæve foran en blomst og derefter pile til en anden med lynhastighed, og spekuleret på: Hvordan gør det det?
En ny detaljeret, tredimensionel aerodynamisk simulering af kolibriens flyvning viser, at kolibrien opnår sine kvikke aerobatiske evner gennem et unikt sæt aerodynamiske kræfter, der er tættere tilpasset dem, der findes i flyvende insekter end andre fugle.
Den nye supercomputer-simulering blev produceret af et par mekaniske ingeniører ved Vanderbilt University, der samarbejdede med en biolog ved University of North Carolina i Chapel Hill. Det er beskrevet i en artikel, der blev offentliggjort i efteråret i Tidsskrift for Royal Society Interface.
Billedkredit: David Levinson / Flickr
I nogen tid har forskere været opmærksomme på lighederne mellem kolibri og insektflugt, men nogle eksperter har støttet en alternativ model, der foreslog, at kolibriens vinger har aerodynamiske egenskaber svarende til helikopterblader.
Den nye realistiske simulering viser imidlertid, at de små fugle bruger ujævne luftstrømningsmekanismer, hvilket genererer usynlige hvirvler af luft, der producerer det løft, de har brug for at svæve og flyve fra blomst til blomst.
Du kan måske tro, at hvis kolibrien blot slår sine vinger hurtigt nok og hårdt nok, kan den skubbe nok luft nedad for at holde sin lille krop flydende. Men ifølge simuleringen er liftproduktion meget vanskeligere end det.
Når fuglen for eksempel trækker sine vinger frem og ned, dannes små hvirvler over de forreste og bageste kanter og flettes derefter sammen til en enkelt stor hvirvel, hvilket danner et lavtryksområde, der giver løft. Derudover forbedrer de små fugle mængden af løft, de producerer, ved at slå deres vinger op (drej dem langs den lange akse), mens de klapper.
Kolibrier udfører endnu et pænt aerodynamisk trick - et, der adskiller dem fra deres større fjerede slægtninge. De genererer ikke kun et positivt løft på downstroke, men de genererer også løft på upstroke ved at vende deres vinger. Når forkanten begynder at bevæge sig bagud, roterer vingen under den rundt, så toppen af vingen bliver bunden og bunden bliver toppen. Dette gør det muligt for vingen at danne et forreste virvel, når det bevæger sig bagud og genererer positiv løft.
I henhold til simuleringen producerer downstroke det meste af drivkraften, men det er kun fordi kolibrien lægger mere energi i det. Opstrømmen producerer kun 30 procent så meget løft, men det tager kun 30 procent så meget energi, hvilket gør opstrømningen lige så aerodynamisk effektiv som det kraftigste nedstræk.
Store fugle, derimod, genererer næsten alle deres løft på nedstrækningen. De trækker i vingerne mod deres kroppe for at reducere mængden af negativ løft, de producerer, mens de klapper opad.
Selvom kolibrier er meget større end flyvende insekter og omrører luften mere voldsomt, når de bevæger sig, er måden, hvorpå de flyver, tættere forbundet med insekter end det er for andre fugle, ifølge forskerne.
Insekter som Dragonfly, husfluer og myg kan også svæve og pile frem og tilbage og fra side til side. Selv om konstruktionen af deres vinger er meget forskellig og består af en tynd membran, der er afstivet af et venesystem, bruger de også ustabile luftstrømningsmekanismer til at generere virvler, der producerer den løft, de har brug for at flyve. Deres vinger er også i stand til at producere positiv løft på både op- og nedtræk.