Was ist die maximale Größe einer fliegenden Kreatur?

Dies hängt von vielen Faktoren ab. Eine wissenschaftliche Herangehensweise an dieses Problem nennt sich Allometrie. Wenn wir einige Bedingungen ändern, ändern sich physikalische Parameter mehr oder weniger mit einer bestimmten Stärke der Änderung. Beispielsweise wird nach dem Kleiberschen Gesetz die Menge an Futter, die ein Tier benötigt, skaliert$M^{3/4}$mit seiner Masse$M$. Das bedeutet, wenn ein Mensch mit einer Masse von 100 kg 1 kg Nahrung pro Tag benötigt, benötigt eine Maus mit einer Masse von 100 g 1 kg Nahrung$(0.1 / 100)^{3/4} \times 1\;\mathrm{kg} = 5.6\;\mathrm{g}$. Das passt ganz gut.

Ähnliche Gesetzmäßigkeiten lassen sich für den Flug ableiten, wodurch wir abschätzen können, wie schwierig es wäre, in einer sehr dünnen Atmosphäre, wie sie der Mars hat, oder einer sehr dichten Atmosphäre der Venus zu fliegen.

Kraft, um den Flug aufrechtzuerhalten

Laut dem Buch Modeling the Flying Bird von Pennycuick induziert der Flug des Vogels eine Geschwindigkeitsänderung in der Luft. Diese Geschwindigkeit wird ungefähr berechnet als

Hier$M$ist Vogelmasse,$g = 9.81 \;\mathrm{ms}^{-2}$ist die Gravitationsbeschleunigung der Erde,$B$ist die Spannweite,$\rho$ist die Luftdichte und$\pi$ist die mathematische Konstante Pi. Dies ist nicht die Geschwindigkeit des Vogels, sondern die durch den Flug induzierte Geschwindigkeitsänderung der Luft! Es ist nur wichtig, die Leistung zu berechnen$P$benötigt, um den Flug aufrechtzuerhalten

Diese drei Gesetze sollten ausreichen, um Ihre Frage in fast jeder Umgebung zu beantworten. Sie können berechnen, wie viel Kraft Sie für den Flug benötigen und wie viel Kraft ungefähr aus dem Futter für ein Tier einer bestimmten Größe verfügbar ist.

Lassen Sie uns versuchen, die Dinge für Quetzalcoatlus zu berechnen , das größte Tier, das jemals geflogen ist. (Spannweite 10 m und Masse 200 kg). Nach der Formel für Geschwindigkeiten ist v = 12,7 km/h. Die dafür erforderliche Leistung beträgt ungefähr 7 kW, was 10 Pferdestärken entspricht. Angesichts der Tatsache, dass das Tier ungefähr die Größe eines Pferdes hat, erscheint es vernünftig, und wir sehen, dass der Flug wahrscheinlich eine ziemlich anspruchsvolle Aufgabe war.

Probieren wir Kampfadler (4,6 kg, Spannweite 2 m). Wir bekommen v = 10 km/Stunde und die benötigte Leistung wäre 120 W. Ich habe diese Informationen über Adler nicht, aber sie erscheinen mir vernünftig. Wir können sehen, dass Flugzeuge mit ziemlich kleiner Spannweite fliegen können, aber nur, weil sie eine extrem große Leistungsabgabe ihrer Triebwerke nutzen können. Tiere haben diesen Vorteil nicht und brauchen eine größere Flügelspannweite. (Dies kann zu einem Problem werden, wenn ein 20-Tonnen-Tier 100 m Flügelspannweite benötigt, um in vernünftige Leistungsanforderungen zu kommen - seine Flügel bestehen immer noch aus Fleisch und Knochen und es könnte das Tiergewicht wahrscheinlich nicht tragen.)

Dichte Atmosphären

Wir können auch sehen, dass der Flug auf die Venus (mit einer atembaren Atmosphäre) eine 20-mal geringere Energie erfordern würde und viel größere Tiere dorthin fliegen könnten. Vielleicht sogar noch mehr, denn für sehr dichte Atmosphären beginnt das archimedische Gesetz, die Tiermasse zu reduzieren, was den Flug noch einfacher macht. In sehr dichten Atmosphären wäre das Fliegen dem Schwimmen sehr ähnlich und Vögel könnten Fischen ähnlich sein.

Ich erinnere mich, dass vor langer, langer Zeit jemand herausgefunden hatte, dass eine Länge von etwa 5 Metern die Obergrenze war (größer als das und entweder konnte es nicht fliegen oder seine Flügel würden unter seinem eigenen Gewicht brechen).

Ich habe jedoch diesen Artikel über Drachenphysik ausgegraben . Es gibt auch diesen Artikel

Oh, und nur damit wir das alles zusammen überspringen können, ein Wasserstoffballon ist nicht besonders schwimmfähig (sehen Sie nach, wie viel Helium es braucht, um einen Menschen zu heben). Dieser Beitrag in den XKCD-Foren spricht darüber, wenn Sie interessiert sind.

Segelfliegen sollte mit viel größeren Größen möglich sein als eine Möglichkeit zu starten, zu landen und am Boden zu leben. Während des Fluges werden die Flügel von der Luft gestützt und benötigen daher keine Knochen und Muskeln, die stark genug sind, um sie gestreckt zu halten, während sie an Ort und Stelle stehen. Wie bei einem Propellerflugzeug kann ein zusätzliches Paar viel kleinerer Flügel bei Bedarf für Vortrieb sorgen. Außerdem benötigt ein Flugzeug beim Start den größten Teil seiner Motorleistung.

Die Kreaturen konnten vom Land in die Reiseflughöhe abheben, bevor sie ausgewachsen waren.