I naturen med Dan Damberg  www.skillingaryd.nu www.vaggeryd.nu Startsidan för natur

Vingar – del 2
En naturkrönika i 11 bilder om flygandets ädla konst.
Text och foto, Dan Damberg, Skillingaryd i mars 2010.
Inlagt lördag 17 april 2010
Lyftkraften hos fåglar, som här hos en sångsvan, fladdermöss och insekter följer samma fysikaliska lagar som lyftkraften hos flygplan, det vill säga lyftkraften och dragkraften genereras genom acceleration av luft, till vilket även vingarnas oscillerande rörelser starkt bidrar, utom i glidflykt då vingarna temporärt hålls stilla, främst hos fåglar och större insekter. Då fungerar vingarna i huvudsak på samma sätt som hos glidflygplan eller segelflygplan.
Lyftkraften hos ornitoptrar, ordet kommer från grekiskans “ornithos” för fågel och “pteron” för vinge, betyder enkelt ”vingflax”, genereras på ungefär samma sätt som hos fåglar eller fladdermöss som flaxar med vingarna, utom i glidflykt. Vissa mycket små insekter har inga vingar i egentlig mening utan simmar i luften med borstliknande extremiteter. Detta är möjligt genom att luften i denna lilla skala upplevs ha betydligt högre viskositet, jämförbart med sirap, än i vår mänskliga skala. Bilden visar en mycket stilfull inflygning av tre sångsvanar till Skillingaryds dämme.
Borsten på extremiteterna hos insekter fälls omväxlande ut, vilket ger ökat motstånd för dragläge, det vill säga, acceleration av luft, vilket ger dragkraft och lyftkraft, och fälls in, vilket ger minskat motstånd för återföring. Hos vingförsedda djur, som bildens sångsvanar, kan motsvarande effekt åstadkommas genom vridning av vingarna. Vingslaget nedåt med relativt låg framkant ger både dragkraft och lyftkraft. Vid återföringen av vingen uppåt vrids vingen så att framkanten leder den uppåtgående rörelsen, vilket minskar motståndet och reducerar den negativa lyftkraft som uppstår eller kan uppstå. Vridningen varierar med farten och lägre fart kräver större vridning.
Andra sätt att minska motståndet vid återföringen är att delvis dra ihop vingarna, som görs av stora fåglar, eller genom att föra tillbaka vingarna med lägre hastighet. Eftersom luftkrafterna ökar med kvadraten på hastigheten, samtidigt som luften accelereras mera i samma mån, blir nettoeffekten av det senare fallet att lyftkraften över tid blir större än den negativa lyftkraft som erhålles vid återföringen, trots att återföringen tar längre tid. Bilden visar två nyligen landade sångsvanar som återför sina vingar i viloläge.
Att dra ihop vingarna torde vara en princip som används av fjärilar i kombination med måttlig vingvridning. Stora fåglar, som bildens gråhäger, torde vid återföring efter ett vingslag nedåt utnyttja såväl viss vingvridning som förhållandevis långsam återföring i kombination med hopdragning av vingarna för att minska motståndet vid återföringen. De flesta flygande insekter däremot använder vingslagens båda riktningar till att alstra lyftkraft, dragkraft och bromskraft genom kraftig vingvridning.
Myten om att humlor inte borde kunna flyga enligt fysikaliska eller aerodynamiska lagar lär komma ifrån att någon visat att humlor inte kan glidflyga, vilket förefaller rimligt med tanke på deras i förhållande till vingarnas storlek och stora, tunga kropp. Gråhägern på bilden har dock inga problem med att glidflyga, ej heller med att aktivt flyga.
Effektbehovet hos helikoptrar kan användas för att göra en uppskattning av det ungefärliga effektbehovet hos vissa insekter vid ”hovring”, det vill säga, att sväva stillastående i luften. För att beräkna den nödvändiga hastigheten hos den nedåtpressade luften ersätts helikopterrotorns svepyta med insektsvingens svepyta. Vid stillastående i luften sveper många insekter vingarna fram och tillbaka så att lyftkraft genereras både vid framåtsvep och vid bakåtsvep och från sidan sett beskriver då vingrörelsen en liggande åtta. Detta fenomen förekommer även hos kolibrier och solfåglar, dock ej hos bildens gråhäger.
Det anges att en tätting som flyger utvecklar en muskeleffekt av cirka 100 Watt per kilo kroppsvikt och en mås som flyger utvecklar ungefär 25 Watt per kilo kroppsvikt medan en människa som jämförelse kontinuerligt bara kan prestera ungefär 3 Watt per kilo kroppsvikt naturligtvis icke flygande. Bilden visar en gråhäger i glidflykt.
Det sägs att de första försöken med flygning gjordes av kineser för 1000 år sedan med hjälp av drakar och även med varmluftsballonger. Det förekommer uppgifter om flygförsök av Ibn Firnas i det islamska Spanien år 875 efter Kristus. I Europa skissade Leonardo da Vinci, född 1450 och död 1519, på de första flygplanliknande konstruktionerna, en mandriven flaxande konstruktion, en helikopter och även en fallskärm. Det kom inte längre än till skisser, för att det inte fanns någon drivkälla som kunde få flygetygen i luften. Bildens gråhäger har inte lärt flygningens ädla konst varken hos kineser, Ibn Firnas eller Leonarde da Vinci utan det finns lagrat i dess gener med hjälp av evolutionen sedan lång tid tillbaka.
I Europa började de första experimenten med varmluftballonger under 1700-talet och vätgasballonger utvecklades från slutet av det århundradet. De båda franska bröderna Joseph och Étienne Montgolfier var pionjärer inom detta område. Man började snart experimentera med framdrivning, men de första riktiga luftskeppen kom först med kolvmotorerna, som började utvecklas i början av 1900-talet. Luftskeppen med vätgas fick en snabb utveckling fram till den stora, spektakulära olyckan med Hindenburg i New York 1937. Jag kan lugna alla, bildens gråhäger svävar inte fram med hjälp av vätgas så någon vätgasläcka där knallgas bildas är helt utesluten. Man kan helt lugnt även fortsättningsvis besöka Skillingaryds dämme.

Under slutet på 1800-talet experimenterades på många håll i världen med flygning enligt principen ”tyngre än luft”. Tysken Otto Lilienthal var troligen den förste som flög ett friflygande glidflygplan. Han gjorde försök och mätningar på modeller och många bemannade glidflygningar. Innan han kunnat verifiera sina teorier om flygning med hjälp av kolvmotordriven propeller, omkom han 1896 vid ett haveri under experimenten. Även i Frankrike och England utfördes aerodynamiska studier och försök, men inga lyckades, därför att det inte fanns någon bra drivkälla. Man experimenterade även med ångmaskiner, men flygmaskinerna blev för tunga för att kunna lyfta.

Bröderna Wright, som jag tidigare berättat om, väckte ett flygplansintresse världen över. En engelsk tidning satte ut ett pris på 1000 pund till den första som flög över den engelska kanalen. Vinnaren blev fransmannen Louis Blériot som flög sträckan i juli 1909. Efter det började flygindustrin utvecklas i snabb takt och redan år 1931 byggdes det första planet drivet av fyra motorer, det kunde ta 16 passagerare och flyga på 2000 meters höjd.
I Sverige byggdes det första planet 1909–1910 och 1919 invigdes det första reguljärflyget som gick mellan London och Paris.

Flygplanen fortsatte sedan att utvecklas under de båda världskrigen. Under första världskriget hade man utvecklat plan som kunde komma upp i 200 km/h och under andra världskriget kunde de komma upp i över 650 km/h. Vissa plan, som till exempel Messerschmitt Me 163, som var ett raketplan, tillät hastigheter på upp emot 960 km/h.

Världen fick dock vänta till den 14 oktober 1947 då Charles Elwood ”Chuck” Yeager, född den 13 februari 1923, blev den första människan att bryta ljudvallen. Han var amerikansk pilot och general i US Air Force. Yeager, som hade ett förflutet som stridspilot under andra världskriget, där han flög P-51 Mustang, uppnådde med planet Bell X-1, som hade raketmotor, Mach 1,06.

Överljudsfart är fart större än ljudets, som är 340 m/s vid plus 15 grader Celsius vilket är cirka 1 200 km/h. Överljudsfart anges i machtal, efter Ernst Mach. Mach 1 är lika med ljudets hastighet, mach 2 är dubbla ljudhastigheten och så vidare. Machtalets översättning till km/h varierar dock beroende på höjd och temperatur.

Ernst Mach, född den 18 februari 1838 och död den 19 februari 1916, var en österrikisk fysiker och filosof tillika professor i matematik i Graz 1864 och professor i fysik i Prag 1867 samt professor i filosofi i Wien 1895. Som professor vid universitetet i Prag arbetade han med tekniker att utröna ljudvågornas rörelser. Han fastställde det Mach-tal där ett föremål i rörelse skulle överskrida ljudets hastighet, den så kallade ljudvallen.