27.12.2013

Jak latają owady?



Umiejętność latania ułatwia [umożliwia] owadom podążanie za partnerem lub ściganie zdobyczy [oraz przemieszczanie się]. Owady szybują krążą lub latają wirującym lotem, dysponują przy tym pomysłowymi mechanizmami kontroli lotu i nawigacji.
Owady mają z reguły dwie pary skrzydeł o bardzo zróżnicowanym kształcie i wielkości. Podczas szybowania w powietrzu owady trzymają skrzydła szeroko rozpostarte, a przy locie aktywnym z reguły machają nimi w górę i w dół.
Liczba uderzeń skrzydłami [na sekundę] jest charakterystyczna dla różnych gatunków owadów, np.:
  • motyle machają skrzydłami około 8-20 razy (bielinek kapustnik 6-9 razy)
  • ważki równoskrzydłe machają skrzydłami około 15 razy
  • ważki różnoskrzydłe machają skrzydłami około 30 razy
  • ćmy (motyle nocne) machają skrzydłami około 30-40 razy
  • biedronki machają skrzydłami około 90 razy
  • osy machają skrzydłami około 110 razy
  • trzmiele machają skrzydłami około 123-230 razy
  • pszczoły machają skrzydłami około 190 - 200 razy (inne źródło podaje: 440 razy na sekundę, gdy leci bez obciążenia i 330 razy gdy obciążona wraca do ula)
  • muchy machają skrzydłami 140 - 330 razy
  • muchy pokojowe machają skrzydłami 352 razy (Wikipedia zaś podaje... 33 razy!)
  • komary machają skrzydłami 300 do 600 razy
  • wodzień (Chaoborus), owad podobny do komara macha skrzydłami aż 2200 razy w temp. 37 stopni C i 1000 razy w temp. 27 stopni C
Dla porównania śmigło samolotu obraca się 25 razy na sekundę...
Brzęczenie słyszalne tylko podczas lotu wywołane jest przez to, że owady w locie machają skrzydłami kilkanaście do nawet kilkuset razy na sekundę.
Skrzydło owada jest niczym drgająca płytka. Jeśli drga wystarczająco często (częściej niż 16 razy na sekundę - ton C2), wówczas wydaje ton odpowiedniej wysokości słyszalny przez człowieka.  Wysokość dźwięku, czyli liczbę drgań na sekundę, podaje się zazwyczaj w hercach (Hz). Człowiek słyszy dźwięki od 16 Hz [tony niskie] do 20 tysięcy Hz [tony wysokie] i to tylko w młodości. Niestety, z wiekiem zdolność słyszenia wysokich tonów stopniowo się pogarsza.

Dzięki temu, że skrzydła lecącego owada wydają dźwięk o pewnej wysokości można zbadać ile uderzeń skrzydłem wykonuje dany owad w czasie 1 sekundy. W tym celu wystarczy określić wysokość tonu wydawanego przez owada podczas lotu. Każdemu tonowi odpowiada określona częstotliwość drgań. Za pomocą "lupy czasu" [chodzi prawdopodobnie o kamerę zwaną „lupą czasu”, która pozwalała na sfilmowanie skomplikowanych procesów np. chemicznych] udało się ustalić, że częstość uderzeń skrzydłami każdego owada jest prawie niezmienna. Regulując lot owad zmienia wielkość rozmachu (amplitudę wahań) i nachylenie skrzydeł. Natomiast ilość uderzeń na sekundę zmienia się tylko pod wpływem temperatury. Oto wyjaśnienie dlaczego ton wydawany przez danego owada podczas lotu nie zmienia się.
Owady utrzymują się w powietrzu na tej samej zasadzie co samoloty. W locie muszą pokonywać oddziaływanie dwóch sił:
  • przyciągania ziemskiego, które ściąga je w dół i 
  • oporu powietrza, który hamuje ruch do przodu. 
Owad pokonuje te siły za pomocą ruchu skrzydeł, który sprawia, że jednocześnie wznosi się do góry (przeciwdziałanie grawitacji) i przemieszcza się do przodu (pokonywanie oporu powietrza). Gdy owad uderza skrzydłami w dół, [jego ciało] unosi się do góry. Lot ten uzależniony jest od kąta pod jakim skrzydła stykają się ze słupem powietrza po nimi. Ruch do przodu odbywa się także za pomocą skrzydeł, które w tym przypadku działają jak śmigło. Studiując ruch skrzydeł w zwolnionym tempie widać, że ruch ten przypomina działanie pojedynczych łopatek helikoptera.

Aby uzyskać siłę nośną, owad musi: 
  1. poruszać skrzydełkami, dzięki czemu powietrze opływa je (gdy nie ma opływu, nie ma sił aerodynamicznych), 
  2. zmieniać ich ustawienie tak, by powstająca siła aerodynamiczna mogła równoważyć siły ciężkości.
W roku 1964 Werner Nachtigall sfilmował kamerą do zdjęć szybkich (6400 klatek na sekundę) sekwencję lotu muchy w tunelu aerodynamicznym. Szczegółowa analiza filmu pozwoliła jednoznacznie stwierdzić, iż siła nośna powstaje głównie w czasie ruchu skrzydełek na dół, a siła ciągu - podczas ich ruchu do góry. 

Trzmiel.  Jak latają owady?

Wyliczenia [niestety, oparte na błędnych, a przynajmniej niepełnych założeniach] wykazują, że niektóre z owadów w ogóle nie powinny latać np. bąki [trzmiele]. Obliczono maksymalną wagę jaką skrzydła bąka powinny mieć, aby były w stanie go unieść, przy założeniu, że skrzydła uderzają ze stałą  prędkością. Wyliczenia całkowicie nie odpowiadają prawdzie, bowiem bąki nie tylko latają, ale są doskonałymi lotnikami.
Są także owady, które nie potrafią latać np. pchły i wszy, którym skrzydła wręcz przeszkadzałyby w przemieszczaniu się w sierści czy pierzu swego żywiciela.

Są owady, które potrafią unosić się w powietrzu bez machania skrzydłami  np. szarańcza pustynna, która w bezwietrzną pogodę może szybować na odległość kilku metrów, widywano ją na wysokości 900 m nad ziemią [w przypadku szarańczy sprawa nie jest tak oczywista ze względu na to, że na co dzień jest to owad przypominający pasikonika, a okresowo, w sprzyjających okolicznościach, staje się owadem wędrownym, któremu wyrastają skrzydła. Wobec tylu nieprecyzyjnych informacji, jakie można znaleźć w internecie, byłabym ostrożna - trzeba się zastanowić o jakiej "wersji" szarańczy jest mowa w konkretnym artykule].
Jeśli jednak zinterpretujemy wyniki pomiarów ruchów skrzydeł szarańczy [tu chodzi, jak sądzę, o wersję wędrowną] w tunelu aerodynamicznym (badanie wykonał Wolfram Zarnack), okaże się, że przednia para skrzydeł zmienia kąt ustawienia w czasie cyklu pracy tak, by dawać przede wszystkim siłę ciągu, tylna zaś (o powierzchni 4 razy większej) utrzymywana jest stale na dodatnich kątach ustawienia, zapewniając głównie siłę nośną.

Owady latają z różną prędkością. Najszybszymi lotnikami są ważki - niektóre potrafią latać z prędkością 36 km/h. [?? Czy kiedyś będzie mi dane dowiedzieć się z jaką prędkością NAPRAWDĘ latają ważki?? Jak dotąd różne źródła podają od 18 do 144 km/h. Żenująca rozpiętość... Przecież mamy XXI wiek, lecz ustalenie pewnych faktów nadal wydaje się niemożliwe.]
Niektóre owady podczas lotu orientują się po położeniu słońca.
U owadów rozwinęły się różne mechanizmy kontroli, które wykorzystują przy starcie, zmianach prędkości i kierunku lotu oraz przy lądowaniu. Podczas startu bardzo istotną rolę odgrywają nogi, za pomocą których owady odbijają się od podłoża. Nogi działają również jako hamulec i tłumią uderzenie przy lądowaniu i siadaniu. Odpowiednie ustawienie kąta skrzydeł i częstotliwość uderzeń służy owadom do zmiany kierunku lotu. Odwłok i nogi mogą służyć owadom za ster.

Niniejsza notatka powstała na podstawie artykułów zaczerpniętych z kilku źródeł. W nawiasach kwadratowych [ ] wtrąciłam własne uwagi lub uściślenia. Pomimo, iż niewiele dodałam od siebie, jednak opracowanie tejże notatki okupiłam wieloma godzinami wertowania najróżniejszych źródeł oraz poszukiwaniem i sprawdzaniem uzyskanych informacji. Zadałam wyszukiwarce mnóstwo pytań, lecz na wiele z nich nie uzyskałam odpowiedzi. Prawda jest taka, że:
Nadal bardzo niewiele wiadomo o locie owadów.
Ale do tematu będę wracać, za każdym razem rozpatrując go z trochę innej strony.

Główne źródła, na podstawie których sporządziłam tę notatkę:   źródło 1 źródło 2,  źródło 3
733

jak latają owady, ilość uderzeń skrzydłami, częstotliwość uderzeń skrzydłami, owady machają skrzydłami, ważki ilość uderzeń skrzydłami, dźwięk podczas lotu owada, liczba uderzeń skrzydłami, lupa czasu, prędkość lotu ważki

2 komentarze: