Proč může létat čmelák?

10. červen 2009 | 06.00 |

vcelaMožná znáte tento vtip. Kdysi někdo prohlásil, že čmelák či včela porušuje všechny aerodynamické zákony a tedy nemůže létat. Dotyčný hmyz to však určitě neví, a proto létá. Teprve na konci dvacátého století začali výzkumníci pronikat do tajů hmyzího letu.

Domněnka o nemožnosti letu čmeláka a včely vychází z aerodynamiky (osvědčila se u letadel a vrtulníků) a její použití na malý hmyz. Teorie aplikované na velká letadla pracují zejména se statickým obtékáním profilu křídla. Nabíhající proud vzduchu má konstantní rychlost a nanejvýš zahrnuje změnu úhlu náběhu v jednotkách stupňů. Ale obyčejná včela mávne křidélky asi dvěstěkrát za sekundu. Dokážete si jistě představit, jaké miniaturní vzdušné víry vznikají. To je důvod, proč klasická aerodynamika selhává a zároveň v tom spočívá kouzlo čmeláčího letu.

Objeveny byly tři základní druhy vzniku vztlaku, které běžné teorie nezahrnují, ale pro včely a čmeláky jsou klíčové. Tyto tři jevy popisují síly vznikající za letu hmyzu s velmi malými odchylkami. Nejprve vědci přišli na to, že hmyzí křídla nejsou obtékána laminárně ani turbulentně, nýbrž převážně vírově. Vírové proudění bylo poprvé popsáno až začátkem devadesátých let. Narozdíl od laminárního a turbulentního proudění zde nesledují proudnice ani přibližně tvar obtékaného profilu, ale na podtlakové (v běžné poloze horní) části se vytvoří vír. To nastane při velkém úhlu náběhu křídla vůči vzduchu. Při vírovém proudění je vztlak výrazně vyšší než u jiných druhů, ale dopředný odpor je také velký, tudíž křídla velkých letadel takto obtékaná nikdy nebudou.

Později výzkumníci objevili, že pouhé vírové proudění by stále včelu nebo čmeláka neuneslo a vypočítané hodnoty vztlaku se stále neshodovaly s experimentálními naměřenými na modelu mávajících muších křídel. Pátrali dále a přišli na to, že se křidélka při rychlém pohybu nahoru a dolů dostávají do oblasti, kde je vzduch rozvířen od předchozího mávnutí – takzvaného úplavu. Když to zahrnuli do výpočtů, výrazně se přiblížili naměřeným hodnotám. Včely už skoro mohly létat. Scházelo vysvětlit maxima sil v horní a dolní poloze křídel, kde rychlost mávání mění směr. Tento jev je asi nejsložitější. Je způsoben tím, že včelka či čmelák v horní a dolní "úvrati" natáčí křídlo kolem jeho nejdelší osy o poměrně velký úhel. Potom u křídla nastane obdoba Magnusova efektu, který například způsobuje falše u vhodně nakopnutých fotbalových míčů či správně odehraných ping-pongových míčků. Na jedné straně rotujícího tělesa je rychlost pohybu vůči okolí vyšší než na druhé a to způsobí rozdíl tlaků na protilehlých stranách, a tím zatáčení ve směru kolmém na osu rotace. Po odhalení těchto tří jevů, je možné vysvětlit let malého hmyzu s rychle mávajícími křídly.

Když vědci natáčeli let včely kamerou rychlostí 2 tisíce snímků za sekundu a záběry poté analyzovali, zjistili, že včela mává křídly v rozpětí pouhých 90° s frekvencí přibližně 230 mávnutí za sekundu (230 Hz). Mouchy a podobný hmyz mává v rozpětí přesahujícím 100°, někdy se přiblíží 180° s frekvencí v závislostí na velikosti. Čím menší "muška", tím rychleji mává. Moskyt zvládne v jedné sekundě 400 mávnutí. Vzhledem ke své velikosti mává včelka velmi rychle. Osmdesátkrát lehčí pestřenka v jedné sekundě stihne o 30 kmitů méně. Co se stane, když včelka nabere zásobu nektaru a pylu a stane se skoro dvakrát těžší? Na první pohled by se zdálo, že začne křídly kmitat rychleji. Pravdou je, že pouze zvětší oblouk, ve kterém křidélky mává. Energeticky efektivnější by při tom skutečně bylo zvýšení frekvence. To však včelka neumí, protože ji v tom brání konstrukce svalů, která je přizpůsobena kmitání na frekvenci 230 Hz. Ostatně právě svaly mají včely odlišné od jiných druhů hmyzu, takže si létají po svém.

Podle Martina Šrubaře

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Proč může létat čmelák? petra128369 08. 09. 2009 - 18:53
RE(2x): Proč může létat čmelák? fyzmatik 09. 09. 2009 - 22:05