Znalazłam bardzo ciekawe opracowanie dotyczące ważek i wprost nie wyobrażam sobie, by go nie wykorzystać, zwłaszcza, że już dawno temu przygotowałam zdjęcia, które czekały tylko na naukowy, techniczny niemal opis. Tym razem chcę zaprezentować ważkę jako... maszynę latającą, którą żartobliwie nazwałam Fruvantus machina. Przyjmijmy, że wpisy z tego cyklu będą formą małej dokumentacji technicznej ważki, doskonałej istoty, niemal maszyny, stworzonej do fruwania.
Ostatnio pokazałam uszkodzone skrzydła szablaków, więc od nich dziś zacznę: jak skrzydła ważek są zbudowane i z czego wynika ich konstrukcja, o czym świadczy ich kształt i gęstość żyłek?
Oto żywy bionicopter, Fruvantus machina wylądował:
 |
| Szablaki należą do grupy ważek różnoskrzydłych (Anisoptera). |
Szablaki należą do grupy ważek różnoskrzydłych (Anisoptera). Łatwo to poznać: kształt obu par skrzydeł różni się wyglądem i wielkością. Poza tym wszystkie ważki różnoskrzydłe przysiadając na podłożu nie składają skrzydeł wzdłuż ciała (odwłoka) unosząc je lekko do góry, lecz zawsze mają je rozłożone poprzecznie do osi ciała (jak samolot).
 |
| Skrzydła ważki różnoskrzydłej (tu: szablaka). W celu uwidocznienia cieniutkich, delikatnych, ale bardzo wytrzymałych skrzydeł zdjęcie zostało silniej skontrastowane. |
Na powyższym zdjęciu widoczne są obie pary skrzydeł (druga jest większa), gęstą siatkę żyłek oraz pterostigmy - silnie zesklerotyzowane pólka na górnym brzegu każdego skrzydła. Pełnią one rolę stabilizatorów wibracji skrzydła w trakcie lotu.
 |
| Skrzydła u ważki równoskrzydłej (Zygoptera) złożone są wzdłuż odwłoka. Jak widać, nie tylko sam kształt skrzydeł na to pozwala, ale i inna budowa tułowia: skrzydła wyrastają z jego tylnej części, a nie z każdego segmentu tułowia jak u ważek różnoskrzydłych. |
Skrzydła ważek to szkłopodobne membrany. Proszę przyjrzeć się temu, co (na zdjęciu) widać poprzez skrzydła szablaka - podłoże jest niemal równie dobrze widoczne i niezniekształcone.
Specjalnie wzmocnione silnie rozgałęzionymi żyłkami – strukturami, które konstruktorzy samolotów nazwaliby dźwigarami. Średnica tych rurek wynosi zaledwie jedną dziesiątą milimetra (0,1 mm), a grubość ścianek owych rurek stanowi zaledwie jedną setną milimetra (0,01 mm). Dla porównania normalny ludzki włos ma grubość od 0,06 do 0,08 mm.
Duże żyłki podłużne służą jako wzmocnienie poprzeczne, natomiast liczne, krótkie żyłki małe, jak również wyraźnie zaznaczone znamię (pterostigma), jako wzmocnienie podłużne.
Rola rurek w skrzydłach:
- usztywniają błony skrzydeł
- wewnątrz nich mieszczą się naczynia, w których płynie krew,
- oraz przewód nerwowy, którym przekazywane są informacje
- znajdują się przewody, którymi przechodzą: tlen – jednym, innym zaś dwutlenek węgla.
- w jednym przypadku konieczną wytrzymałość gwarantują nieregularne wielokąty, innym razem regularne czworokąty.
- ważki z dużą częstotliwością uderzeń skrzydeł, jak np. żagnica (30 uderzeń na sekundę), mają w skrzydłach bardzo gęsto rozmieszczone wzmocnienia.
- gatunkom charakteryzującym się małą częstotliwością uderzeń skrzydłami wystarczają proste, ale za to bardzo precyzyjne siatki wykonane z kwadratów. Przykładem tego rozwiązania jest Mecistogaster lucretia (Ameryka Pd.) ze swoimi długimi, wąskimi skrzydłami, którymi uderza tylko 15 razy na sekundę. Ta membranowo-komórkowa konstrukcja skrzydła czyni je niesłychanie lekkimi i jednocześnie bardzo stabilnymi.
Skrzydła ważki posiadają charakterystyczne zgrubienie w pobliżu końców skrzydeł. Jest to tzw. wzmocniona komora brzegowa. Jej znaczenie udało
się ustalić dopiero niedawno. Pełni ona bardzo ważną funkcję aerodynamiczną: jako element niewyważony eliminuje wibracje skrzydeł w
czasie lotu ślizgowego lub trzepoczącego.
Początkowo sądziłam, że chodzi o pterostigmy, ale o nich autor wspominał już wcześniej i właśnie tak je nazwał. Czyżby miał na myśli pogrubiony obwód skrzydła, czy tylko pogrubione miejsce nad i pod pterostigmami? Patrz zdjęcie poniżej:
Początkowo sądziłam, że chodzi o pterostigmy, ale o nich autor wspominał już wcześniej i właśnie tak je nazwał. Czyżby miał na myśli pogrubiony obwód skrzydła, czy tylko pogrubione miejsce nad i pod pterostigmami? Patrz zdjęcie poniżej:
 |
| Prawe skrzydła szablaka. Sądząc po gęstości "żyłek" (rurek), szablaki latają szybko uderzając skrzydłami z dużą częstotliwością. Skrzydła ważek różnoskrzydłych (Anisoptera) podobno poruszają się wyłącznie w kierunku góra-dół (wg wazki.pl), ale ja mam wątpliwości. |
 |
| Prawe skrzydło pierwszej pary szablaka ważka |
 |
| Prawe skrzydło drugiej pary szablaka ważka |
Rezerwa bezpieczeństwa
Pomimo niezwykle ekonomicznej i oszczędnej budowy ważek ich konstrukcje posiadają znaczne
rezerwy bezpieczeństwa, by uniemożliwić złamania, bądź odpadnięcia. Dla przykładu na kości udowej człowieka może stanąć w bezruchu siedemnastu ludzi. Taka rezerwa jest potrzebna, by sprostać obciążeniom w czasie biegu lub skoku.
Kość udowa myszy jest nawet 750-krotnie zabezpieczona ponad normalne obciążenie (na wypadek skoku z np. kredensu bez ryzyka złamania nogi).
Kość udowa myszy jest nawet 750-krotnie zabezpieczona ponad normalne obciążenie (na wypadek skoku z np. kredensu bez ryzyka złamania nogi).
W przypadku skrzydeł jest podobnie. Zięba np. dysponuje, przy swoim
ciężarze (25 g), powierzchnią skrzydeł wielkości 150 cm2. A zatem 10 cm2
powierzchni skrzydeł unosi 1,666 grama ciężaru ciała. Natomiast
powierzchnia ekstremalnie cieniutkich skrzydeł ważek jest wielkości 15 cm2, dźwigając 0,5 grama ciężaru, co w
przeliczeniu na 10 cm2 daje 0,333 grama obciążenia.
Margines bezpieczeństwa ważek jest więc pięciokrotnie większy niż u zięby.
Jaką powierzchnię skrzydeł musiałby mieć człowiek o wadze 70 kg, gdyby jego budowa pozwalała na latanie i chciałby osiągnąć rezerwę bezpieczeństwa porównywalną dla zięby?
Jeśli:
150 cm2 - 25 g
10 cm2 - x
x = 10 cm2 * 25g / 150 = 1,666 (współczynnik zięby)
to:
x cm2 - 70000 g (czyli 70 kg)
10 cm2 - 1,666
x = 10 cm2 * 70000 g / 1,666 = 420 168,06 cm2 = 42,017 m2
Zaś by dorównać ważce skrzydła człowieka musiałyby mieć powierzchnię ponad 210 m2
Proszę to sprawdzić - być może pomyliłam się o jakieś zero wte czy wewte :-)
Powyższy wpis powstał na podstawie publikacji autorstwa Michała Ostrowskiego pt. Projekt w przyrodzie. Ważki - stworzone, by latać udostępnionej przez Mieczysława Pajewskiego (link i link). Niemal w całości powinien być oznaczony w cudzysłowie, ale na swoje potrzeby dokonałam drobnych zmian stylistycznych i ograniczyłam się do urywków dotyczących budowy skrzydeł.
Aż prosi się żeby teraz przejść do tematu lotu i techniki fruwania, ale to opiszę osobno.
Na koniec zwrócę uwagę na jeszcze jeden szczegół w budowie skrzydeł ważki. Na kilku prezentowanych przeze mnie zdjęciach, gdzie widoczne są skrzydła ważki pod kątem (np. poprzedni wpis) widać, że skrzydło ważki wcale nie jest płaskie - no, może na końcach. Ale im bliżej tułowia, tym bardziej przypomina ono harmonijkę. Jestem przekonana, że w ten sposób skrzydła zyskują na wzmocnieniu, podobnie jak wiotka kartka papieru - po zagnieceniu jej w harmonijkę wytrzymuje znacznie większe obciążenia przy minimalnym odkształceniu. No właśnie, harmonijka jest sprężysta!
198
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz