Flyvende (bevægelse)
Flyvende eller flyvende betyder bevægelse af et legeme gennem luften , gennem en anden gas eller gennem et vakuum uden at røre en fast overflade.
etymologi
Verbet "at flyve", som mhd. Viegen fra ahd. Fliogan , går tilbage som lit. plaũkti "at svømme" til en idg. Root pleuk- , som udvides fra pleu "rinnen, flyde, svømme, flyve" og oprindeligt vel generelt ment "at bevæge sig [hurtigt]". [1]
Forskellige former for flyvning
Der skelnes mellem forskellige typer flyvning i henhold til de forskellige former for bevægelse og underliggende fysiske principper.
Aktiv flyvning i den omgivende luft
Aerodynamisk flyvning
Bevægelsen af en krop, der er tungere end luft med dynamisk løft , som skabes af kroppe i et flow, kaldes aerodynamisk flyvning. Aerodynamisk flyvning er beskrevet i fysik ved hjælp af aerodynamikkens love, f.eks. B. flyver med vinger , flagrende vinger , faste vinger , roterende vinger .
Aerostatisk flyvning
Bevægelsen af et legeme i luften, der er fyldt med en gas med en lavere densitet end den omgivende luft, og som oplever statisk opdrift , kaldes aerostatisk flyvning. Aerostatisk flyvning beskrives ved hjælp af Archimedes 'princip , f.eks. B. Flyve en fri ballon .
Aktiv flyvning uafhængig af den omgivende luft
Rekyldrev
Flyvningen af et legeme gennem rummet med rekylfremdrivelse realiseres med raketfremdrivning . Rekyldrevet er den praktiske anvendelse af Newtons 3. aksiom , f.eks. B. i rumfart af en raket .
Passiv flyvning
Passiv flyvning omfatter springning, en form for bevægelse, der er udbredt i dyreriget. Kroppen klikker af jorden, flyver passivt gennem luften og lander igen efter kort tid på grund af tyngdekraften. Hvis du forsømmer indflydelsen fra luftmodstand og andre aerodynamiske effekter, beskriver kroppen banen for en bane parabel . Afhængigt af kroppens aerodynamiske egenskaber kan baneparabolen forkortes, forlænges eller ændres asymmetrisk.
Den passive flyvning af ethvert objekt som et projektil efter indledende acceleration med mekanisk energi (f.eks. Flyvning af et spyd eller en pil ) eller af et drivmiddel beskriver en sådan ballistisk bane.
Enheder, der er i stand til at flyve ikke kun i luften, men også i rummet kaldes missiler . Raketter, kunstige satellitter , rumsonder og andre rumfartøjer er altid på ballistiske baner, når der ikke bruges motorer. Disse baner kan valgfrit være periodiske baner omkring et himmellegeme eller omkring Lagrange-punktet i et tre-kropssystem.
Flyvning i naturen
Opdrift af plantefrø og edderkopper
Plantefrøene i de såkaldte vindflyvere er udstyret med anordninger til passiv flyvning.
Visse edderkoppearter udsender bundter af tråde, som derefter fanges af vinden sammen med dem. Du kan tilbagelægge flere 100 kilometer på denne måde. [2]
1 pterosaur
2 flagermus
3 fugle .
Deres forekstremiteter er homologe strukturer og samtidig en analogi i deres funktion som vinger. Hos pterosaurer bæres vingerne af 4. finger, i flagermus fra 2. til 5. og hos fugle i det væsentlige af 2. finger. [3]
Dyregrupper
Nogle vanddyr som fisk, pingviner og havpattedyr er i stand til at hoppe i luften , mens flyvende fisk ( familie Exocoetidae) kan tilbagelægge afstande på op til 400 m i luften ved at glide .
De fleste landdyr, der klatrer og løber, kan hoppe i luften. Nogle af arterne på land er bevingede , så de kan flyve endnu større afstande: Insekter ( klasse Insecta) udgør størstedelen af landdyrene, og de fleste voksne insekter har to par vinger .
Blandt de terrestriske hvirveldyr ( stamme Vertebrata) opstod flere konvergente flyveformer i løbet af udviklingen .
Blandt krybdyrene (Reptilia -klassen), der var uddøde Flugsaurier ( Pterosauria ), der var i stand til at flygte, [4] under de seneste er kun drager ( slægten Draco) i stand til at glide. [5] Udsmykkede træslanger mestrer svæveflyvningen.
De fleste fugle (klasse Aves) og blandt de pattedyr (klassen Mammalia) de svævefly (familie Petauridae, begrænset til svæveflyvning), svæveflyvning egern ( stamme Pteromyini, begrænset til svæveflyvning) og flagermus ( ordre CHIROPTERA) er i stand til at flyve.
Flyve henrettelser
Når man flyver, kan der skelnes mellem svæveflyvning, svæveflyvning , jugularflyvning , rykflyvning , svævende flyvning , flappende flyvning eller roflyvning og andre former for flyvning. [6] Der er også særlige flydesigner, såsom frieri flyvning z. B. med snipe , som ikke primært udføres som bevægelse. I tilfælde af nogle insekter bruges flugten i sværme til parring , f.eks. B. bryllupsflyvning af nogle hymenoptera eller sværmdansen ( engelsk bryllupsflyvning ) af nogle fluer . [7] [8] Kompensationsflyvningen tjener til at opretholde fordelingen i et levested .
Insektflyvning
Insekter bruger forskellige teknikker til at flyve. Afhængigt af insektets størrelse og vingernes bevægelseshastighed er luften for insektet anderledes "hård". Særligt små insekter “svømmer” derfor i luften, som på grund af deres størrelse, flyvning og vingehastighed forekommer dem lige så hårde som vand. Deres vinger er derfor ikke aerodynamisk formet, men ligner snarere en hurtigt roterende " padle ".
Fugleflyvning
Når det kommer til at løfte, er en fugls flugt underlagt de samme grundlæggende aerodynamiske love som en hydrofoil. Handlingsprincippet er imidlertid helt anderledes. Bevægelse af vingerne opad skaber mindre træk end at flytte vingerne nedad. Således skubber vingerne fuglen mere op (vingen klapper ned) end ned (når vingen klapper op). Dette opnås hovedsageligt ved en nedadgående krumning af vingespidserne, når vingen klapper opad. Den fremadgående bevægelse skyldes en mere eller mindre udtalt krumning af vingerne (tænk på vingerne på et skibs propel), afhængigt af fuglens hensigt. Med andre ord vendes de såkaldte håndområder ved vingespidserne med forkanten nedad på nedslaget, og på opslaget peger forkant af håndområdet opad. Dette skubber ikke kun luften ned, men også baglæns. Udførelse af op og ned bevægelsen i en skrånende og mindre lodret sti kan også bruges til at skubbe luften ikke kun nedad, men også bagud og dermed generere en fremadrettet bevægelse (se flappende flyvning). Den fremadgående bevægelse kan også bevirkes uden at klappe med vingerne ved, at fuglen omdanner den potentielle energi, den har opnået med sin flyvehøjde, til fremdrift, mens den glider . Et forsøg på at bestemme forskellige fuglearters ydeevne baseret på forholdet mellem længden af håndvingerne og den samlede vingelængde er håndvingeindekset .
Det er interessant, at frekvensen af vingebasken af trækfugle under langdistance fugl migration , f.eks B. over Sahara , er ikke det samme som med kortdistanceflyvninger i deres respektive målområde. I "hverdagsflyvning" er deres vingeflappefrekvens højere, fordi de vil bevæge sig så hurtigt som muligt. Under fugletrækningen deler de deres kræfter bedre, da en lavere vingeslagfrekvens betyder mindre energiforbrug. Dette har ført til forvirring blandt ornitologer i nogen tid, da de forsøgte at bruge radaranordninger til at identificere fugle på flugt på fugletrækning baseret på hyppigheden af deres flapp.
Store fugle
Det energi- og energibesparende glid og glid kan især observeres hos store fugle. Deres flyvning har længe været betragtet som en stor (uopdaget) hemmelighed. Der er en række naturlige årsager, der gør fremdrift unødvendig i svæveflyvning: opdrift på bjergskråninger, opvarmede og derfor stigende luftmasser ( termiske ) eller vindstød ( dynamisk glidning ). Rovfugle kan tilbagelægge store afstande på deres bytteflyvninger inden for deres omfattende jagtmark, nogle gange mere end hundrede kilometer om dagen. Albatrossen med vingefang på op til 3,5 meter er i stand til at forblive næsten ubevægelig i luften i timevis i havbrisen. Nogle fugle mestrer også den rystende flyvning , hvor de forbliver på plads, mens de flyver.
Små fugle
Små fugle kan normalt bevæge sig rundt både i svæveflyvning og roning . Den meget lille kolibri er en af de få fugle, der også mestrer svæveflyvningen , og den flyver med en meget høj frekvens på op til 80 vingeslag i sekundet. Denne teknik gør det muligt at flyve baglæns eller sidelæns eller at stå stille i luften, ligesom insekter.
Sværm adfærd
Gennem dannelsen af sværme og V -formation under flyvning reducerer fugle energiforbruget ved - diagonalt bagefter - at fugle bagefter bruger opdriftszonen i spidshvirvelen af den, der flyver frem. I tilfælde af store fugle kan det også være en fordel at synkronisere vingernes klapp i en V -formation.
Teknisk kopi
En robotmåge, der fuldstændigt gengiver fuglens flyvning via et aktivt leddelt torsionsdrev og dermed adskiller sig fra enkle flappende vingeanordninger, blev præsenteret for første gang i 2011 af automatiseringsproducenten Festo på Hannover -messen . Festos SmartBird kan starte og lande af sig selv og genererer sit løft og tryk kun med vingerne (se nedenfor ornithopter). [9]
Tekniske missiler
Lettere end luft
Under ballonflyvningen genereres den aerostatiske løft af løftegassen i gasceller eller af varm luft . Udtrykket "flyvende" bruges ikke i teknisk jargon til at henvise til en tur i en ballon eller et luftskib ; i stedet bruges udtrykket "kørsel". Dette kunne have en historisk oprindelse, da de første ballonister brugte søfartens ordforråd.
Hybride former bruger aerostatisk løft plus aerodynamiske kræfter. Luftskibe genererer en lille del (ca. fem procent) af liften, der kræves aerodynamisk af roterende propeller. Hybride luftskibe gør større brug af aerodynamik og kombinerer egenskaber ved luftskibe og fly.
En Kytoon - en hybrid af en drage og en ballon - bruger vinden passivt ud over dens opdrift. Bioniske flyvende objekter bruger bevægelseselementer, der er baseret på fuglens flyvning eller dykning af havdyr. Det indendørs flyvende objekt Air Jelly fra Festo bruger rekyl af otte padler på tentakler, der ligner en blæksprutte eller en vandmand . AirRay og AirPenguin , begge også fra Festo, ligner stråler og pingviner . [10]
Tungere end luft
historie
At kunne flyve “som fugle ” har altid været en drøm for menneskeheden. Legenden om Daedalus og Icarus er gået ned fra gammel græsk mytologi , der bevægede sig gennem luften som fugle ved hjælp af selvfremstillede vinger. Selv i denne gamle legende diskuteres teknisk uvidenhed og åndelig forsømmelse af sikkerhedsforanstaltninger som en menneskelig risiko, når man flyver (Icarus ser bort fra, at vingerne, som hans far Daedalus lavede med voks og fuglefjer, smelter, når de nærmer sig solen, og har en dødsulykke).
I virkeligheden var mennesker uden kendskab til de fysiske grundlæggende faktorer ved aerodynamisk flyvning i første omgang kun i stand til at bevæge sig i luften med bemandede drager eller, med for det meste fantasifuldt indbyggede enheder, i bedste fald tilfældigt at komme i en kortsigtet liftfase uden at bruge den til en lang periode i luftbeholderen (jf. Albrecht Ludwig Berblinger ). Muligvis er den førkristne artefaktdue fra Saqqara en model af et svævefly. Ifølge en islamisk krønike var den lærde Abbas Ibn Firnas den første person til at udvikle en hang-svævefly (med gribefjer) og forsøgte at flyve i 875. Han siges dog at have brækket begge ben under den hurtige landing.
På trods af rollemodellerne i naturen tog det mennesket lang tid at forstå vingens funktionelle princip og efterligne det teknisk. Anvendelsen af empiriske og videnskabelige metoder ( Leonardo da Vinci , George Cayley ) bragte de første brugbare indsigter og forslag til empirisk flyveforskning, hvilket dog ikke førte til en forståelse af fløjens funktion og vellykkede flyvetest før slutningen af det 19. århundrede. De første vellykkede flyvninger med apparater, der var egnede til at bære en persons vægt, blev oprindeligt foretaget i svæveflyvning (f.eks. Otto Lilienthal , Octave Chanute , Wright -brødrene ).
Det var kun muligt at dække længere flyruter med et kontrollerbart fly med brug af motoriserede fastvingede fly i begyndelsen af det 20. århundrede. Med deres succesfulde drevne flyvninger, Wright brødrene lagde tekniske grundlag for en hurtig udvikling i historien om luftfart , der fortsætter den dag i dag. Det var først den viden, der blev opnået i udviklingen af moderne motoriserede fly, at funktionelle, muskeldrevne fly kunne bygges. Helikopterflyvning er underlagt de samme aerodynamiske principper som flyvning, men den lodrette bevægelse skyldes roterende vinger ( rotorer ).
Fysisk grundlæggende
Generationen af dynamisk løft med vinger eller vinger bruger luftens egenskaber ( masse , viskositet ). På grund af disse egenskaber afbøjes indgående luft ved passende profilering og justering af vingen; en impuls sendes til dem vinkelret på strømningsretningen. Ifølge Newtons første lov kræver denne ændring i strømningsretningen en kontinuerligt virkende kraft. Ifølge Newtons tredje lov ( actio og reactio ) virker en lige og modsat kraft, løft, på vingen. [11]
Løftekraftens størrelse afhænger af hastighed, angrebsvinkel og vingegeometri. Mens hastigheden ændres med drivkraften og ved at ændre flyvehøjden , kan angrebsvinklen ændres med elevatoren . Selv vingens geometri kan ændres under flyvning, f.eks. B. ved hjælp af landingsklapperne . Da generation af lift som et induceret træk modvirker flyvebevægelsen , opretholdes bevægelsen fremad (med undtagelse af svævefly og svævefly ) med luftfartsmotorer . Dette sker dels ved hjælp af flymotorer, der driver en eller flere propeller , dels med jetmotorer , nogle gange i kombination ( turbopropdrev ).
Flymanøvrer er handlinger på piloten. Disse omfatter klatring og faldende flyvning , i modsætning til rejser eller flyvning.
Ornitoptere
Det var først for nylig, at de biologiske modeller, fugle , flagermus og insekter , der har bevæget sig med flagrende vinger i millioner af år ( flappende flyvning ), har været i stand til at fungere. En spektakulær succes blev præsenteret i 2011 med en kunstig sildemåge, SmartBird . En meget lille ornitopter simulerer vandmændenes svømning ved hjælp af 3 padle, der foldes sammen (vinger). Det blev udviklet af Leif Ristroph og Stephen Childress ved New York University. [12]
Se også
litteratur
- David E. Alexander: Naturens flyers - fugle, insekter og flyvebiomekanik. Johns Hopkins University Press, Baltimore 2002, ISBN 0-8018-6756-8 .
- Peter Almond: Flying - History of Aviation in Pictures. Oversat fra engelsk af Manfred Allié . DuMont Monte, Köln 2003, ISBN 3-8320-8806-7 .
- David Anderson, Scott Eberhardt: Forståelse af flyvning . 2. udgave. McGraw-Hill, New York et al. 2009, ISBN 978-0-07-162696-5 ( En fysisk beskrivelse af flyvebogsuddrag som PDF-fil).
- Naomi Kato, Shinji Kamimura: Bio-mekanismer til svømning og flyvning. Springer, Tokyo 2008, ISBN 978-4-431-73379-9 .
- Konrad Lorenz: Fuglenes flyvning. Neske, Pfullingen 1965.
- Henk Tennekes: Den enkle videnskab om flyvning - Fra insekter til jumbo jetfly . Rev. og udvidet red. MIT Press, Cambridge (Massachusetts), London 2009, ISBN 978-0-262-51313-5 .
Weblinks
- Omfattende undervisningsmateriale på skolens tv -portal i Südwestrundfunk (SWR) (herunder videofilm og samling af weblink) om emnet "Hvorfor flyver fly?".
- Informationsside Klar aerodynamik , skabt af en modelflyveklub.
- Detaljerede forklaringer på fugleflyvning på Eastern Kentucky University portal ( Bird Flight , på engelsk).
- Video: Teknik til fugleflyvning . Institute for Scientific Film (IWF) 1980, stillet til rådighed af Technical Information Library (TIB), doi : 10.3203 / IWF / D-1368 .
Individuelle beviser
- ↑ Oprindelsesordbogen (= Der Duden i tolv bind . Bind 7 ). Genoptryk af 2. udgave. Dudenverlag, Mannheim 1997 ( s. 194 ). Se også DWDS ( “at flyve” ) og Friedrich Kluge : Etymologisk ordbog over det tyske sprog . 7. udgave. Trübner, Strasbourg 1910 ( s. 141 ).
- ↑ http://www.swr.de/swr2/wissen/spinnen-koennen-fliegen/-/id=661224/did=12297428/nid=661224/1162x3/index.html
- ^ Ulrich Lehmann: Paleontologisk ordbog , 4. udgave. Enke, Stuttgart, 1996
- ^ Benjamin E. Dial, Lloyd C. Fitzpatrick: Predator undslippe succes i hale versus haleløse Scinella lateralis (Sauria: Scincidae). I: Animal Behavior 32, nr. 1, 1984, s. 301-302.
- ↑ Masanao Honda, Hidetoshi Ota, Mari Kobayashi, Jarujin Nabhitabhata, Hoi-Sen Yong, Tsutomu Hikida: Fylogenetiske relationer de flyvende firben, slægten Draco (Reptilia, Agamidae). I: Zoologisk videnskab 16, nr. 3, 1999, s. 535-549, doi: 10.2108 / zsj.16.535 .
- ↑ Wunderwerk Vogelflug , Wildvogelhilfe, adgang 21. juli 2014.
- ↑ Janet E. Harker: Sværmadfærd og makkerkonkurrence i fluer (Ephemeroptera). I: Journal of Zoology 228, nr. 4, 1992, s. 571-587, doi: 10.1111 / j.1469-7998.1992.tb04456.x .
- ^ KG Sivaramakrishnan, К. Venkataraman: Adfærdsmæssige strategier for fremkomst, sværm, parring og pålægning i mayflies. (PDF) I: Proc. Indisk Acad. Sci. Bind 94. nr. 3, juni 1985, 351-357.
- ^ Festo udvikler robotter baseret på modellen af en måge på Golem.de
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=F_citFkSNtk Festo AirJelly, youtube video, Airshipworld 22. april 2008, åbnet 19. november 2014
- ^ En fysisk beskrivelse af flyvning
- ↑ http://science.orf.at/stories/1731687/ Opfindelse: En vandmand lærer at flyve, science.ORF.at, 15. januar 2014.