Wie erzeugen Vögel Schub?

Die Flügel der Vögel schlagen nicht einfach gerade auf und ab. Sie neigen ihre Körper, um den Anstellwinkel ihrer Flügel zu ändern, und erzeugen so eine Schub- oder Widerstandskomponente, je nachdem, ob sie langsamer werden oder abheben. Dies kann durch die entsprechenden Kraft-Körper-Diagramme veranschaulicht werden:

Abheben

Langsamer Flug

Reiseflug

Ansatz

Es gibt auch eine andere Möglichkeit, es zu betrachten.

Angenommen, die Bewegung des Vogelkörpers ist in der vertikalen Ebene ungefähr sinusförmig – er krümmt sich nach oben, dann nach unten, dann nach oben, dann nach unten, sodass er zuerst eine Aufwärtsbeschleunigung, dann eine Abwärtsbeschleunigung usw. erfährt, die alle der Beschleunigung der Schwerkraft überlagert sind.

Wenn es sich am Ende einer Kurve befindet und eine Aufwärtsbeschleunigung erfährt, kann es mit den Flügeln nach unten schlagen, seinen Körper gegen diese Beschleunigung hochziehen und Arbeit verrichten. Am oberen Ende der nächsten Kurve kann es seine Flügel heben und möglicherweise auch arbeiten. Der Nettoeffekt besteht darin, dass seine Flügel in einem Auf- und Ab-Zyklus Arbeit geleistet haben und sich in kinetische Energie umwandeln.

Sie können dies simulieren, indem Sie ein schwingendes Gewicht an einer Schnur an der Tischkante aufhängen. Wenn das Gewicht durch die Mitte schwingt, kürzen Sie die Schnur. Wenn es an einem Ende der Schaukel ist, verlängern Sie die Schnur. Das Gewicht folgt einer Achterbahn und schwingt immer stärker.

Ich denke, man kann das auch daran sehen, wie Kinder eine Schulhofschaukel bedienen oder die Art von S-förmiger Bewegung, mit der man sich mit einem Skateboard fortbewegt.

Ich denke, dies ist eine andere Möglichkeit, den Nickflügelwinkel zu betrachten, der Vorwärtsschub erzeugt.

Ich glaube, der beste Weg, dies zu erklären, wie ich es in der 5. Klasse gemacht habe. Stellen Sie sich einen fliegenden Vogel vor, wenn er mit den Flügeln nach unten schlägt, wird die Luft, die unter seinen Flügeln war, in die Luft unter dem Vogel gedrückt, dies erzeugt unten einen hohen Druck, da die Luftmoleküle sehr nahe kommen und somit gegeneinander stoßen. Wenn es jetzt seine Flügel wieder nach oben nimmt, eilen diese verkrampften Luftmoleküle nach oben, um diesen zusätzlichen Raum zu füllen. Diese plötzliche Bewegung dieser Moleküle ist genau das, was den Schub erzeugt. Ja, so einfach ist es.

Wie in der Abbildung gezeigt, ist der rote Pfeil die Flugrichtung des Vogels und der schwarze Pfeil die Schlagrichtung der Flügel. Die roten Linien sind die Querschnitte der Flügel. Wenn der Vogel mit den Flügeln nach unten schlägt, ist die Vorderkante der Flügel niedriger als die Hinterkante, was für Vorwärtsschub sorgt.

Wie gezeigt, ist der rote Pfeil die Bewegungsrichtung des Vogels und die rote Linie der Flügelabschnitt. Der schwarze Pfeil ist die Richtung, in der sich die Flügel nach oben bewegen. Wenn der Vogel seine Flügel nach oben bewegt, ist die Vorderkante der Flügel hoch und die Hinterkante niedrig. Es gibt also keinen Vorwärtsschub, sondern einen Rückwärtswiderstand. Da die Flügel weniger Kraft aufwenden, um sich nach oben zu bewegen, als sie es tun, um sich nach unten zu bewegen, ist der Vorwärtsschub größer, so dass die Flügel kombiniert einen Vorwärtsschub für die Vögel liefern.