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# Physik# Fluiddynamik# Biologische Physik

Der erstaunliche Flug der Fledermäuse

Entdeck, wie Fledermäuse fliegen und was wir von ihnen lernen können.

Xiaozhou Fan, Alberto Bortoni, Siyang Hao, Sharon Swartz, Kenneth Breuer

― 6 min Lesedauer


Fledermäuse und ihreFledermäuse und ihreFluggeheimnissevon Fledermäusen.Lern die faszinierenden Flugfähigkeiten
Inhaltsverzeichnis

Fledermäuse sind echt coole Tiere. Sie sausen durch den Nachthimmel mit ihren besonderen Flügeln. Hast du dir schon mal überlegt, wie die das machen? Lass uns das mal auseinandernehmen.

Die Basics der Fledermausflügel

Fledermausflügel sind nicht wie Vogel­flügel. Statt starrer Federn haben Fledermausflügel eine flexible Struktur aus Haut, die über Knochen gespannt ist. Dieses spezielle Design erlaubt es Fledermäusen, ihre Flügel auf einzigartige Weise zu schlagen, was ihnen hilft, geschickt und elegant zu fliegen.

Warum das Flügel­schlagen wichtig ist

Flügel­schlagen ist der Weg, wie Fledermäuse Auftrieb bekommen, was nur fancy heisst, dass sie in die Luft steigen. Fledermäuse können während des Flügel­schlagens die Form ihrer Flügel ändern. Diese Flexibilität hilft ihnen, besser abzuhheben und längere Strecken zu fliegen, ohne müde zu werden.

Flügel­falten: Das Geheimnis der Natur

Vielleicht hast du schon gehört, dass Fledermäuse ihre Flügel falten können. Stell dir vor, du faltest ein Stück Papier, um es leichter zu transportieren. Fledermäuse machen etwas Ähnliches mit ihren Flügeln!

Was passiert, wenn Fledermäuse ihre Flügel falten?

Wenn eine Fledermaus während des Flugs ihre Flügel faltet, verringert sie die Fläche ihrer Flügel. Diese clevere Bewegung hilft, den Luftwiderstand zu minimieren, also den Widerstand, der beim Fliegen entsteht. Falten hilft Fledermäusen also, beim Fliegen Energie zu sparen.

Flügelklatschen: Was hat es damit auf sich?

Manchmal klatschen Fledermäuse mit ihren Flügeln. Das klingt lustig, oder? Aber diese Klatschaktion spielt eine grosse Rolle beim Fliegen. Wenn die Flügel klatschen, drücken sie eine Lufttasche nach unten, was ihren Auftrieb erhöht. Stell dir ein Kind vor, das im Pool versucht, durch Spritzen von Wasser zu treiben. Das Wasser bewegt sich in eine Richtung und erzeugt Auftrieb, genau wie in der Luft!

Fledermäuse können Tricks!

Fledermäuse fliegen nicht einfach ziellos herum. Sie sind wie Balletttänzer am Himmel, die ihre Flügel präzise nutzen, um ihre Bewegungen zu kontrollieren. Wie sie sich drehen, wenden und sogar ihre Fluggeschwindigkeit ändern, ist unglaublich.

Abheben

Wenn Fledermäuse anfangen zu fliegen, nutzen sie ihre Flügel, um an Geschwindigkeit zu gewinnen, bevor sie nach oben schiessen. So können sie gleiten und manövrieren und Insekten fangen oder einfach nur angeben.

Was wir von Fledermäusen lernen können

Wissenschaftler haben Fledermäuse untersucht, um zu verstehen, wie sie so fantastische Flieger sind. Indem wir lernen, wie Fledermäuse ihre Flügel falten und schlagen, können wir bessere fliegende Roboter entwickeln!

Einen von Fledermäusen inspirierten Roboter bauen

Stell dir vor, einen Roboter zu erschaffen, der fliegen kann wie eine Fledermaus. Forscher haben einen kleinen Roboter namens Flapperoo gebaut, der die Flügel von Fledermäusen nachahmt. Dieser Roboter kann seine Flügel genauso schlagen und falten wie eine echte Fledermaus.

Warum ein Roboter?

Einen Roboter zu bauen hilft Wissenschaftlern, ihre Ideen zu testen, ohne echte Fledermäuse in Gefahr zu bringen. Sie können die Flügelform des Roboters ändern und sehen, wie sich das auf den Flug auswirkt. Diese Art von Forschung hilft uns, die Mechanik des Fliegens besser zu verstehen.

Die Wissenschaft hinter dem Flug

Jetzt lass uns ein bisschen tiefer eintauchen, was den Flug von Fledermäusen so interessant macht. Fledermäuse haben die Kunst des Fliegens perfektioniert, aber sie verlassen sich auf ziemlich coole Wissenschaft.

Auftrieb, Schub und Widerstand

Beim Fliegen gibt es drei Hauptkräfte: Auftrieb, Schub und Widerstand.

  • Auftrieb ist das, was Fledermäusen hilft, in die Luft zu steigen.
  • Schub ist das, was sie vorwärts bewegt.
  • Widerstand ist die Kraft, die versucht, sie abzubremsen.

Wenn Fledermäuse ihre Flügel schlagen und falten, arbeiten sie ständig mit diesen Kräften, um das Gleichgewicht in der Luft zu halten.

Der Flügel­schlag

Der Aufwärtsschlag und der Abwärtsschlag sind Schlüsselkomponenten, wie Fledermäuse Auftrieb erzeugen. Wenn sie nach unten schlagen, drücken sie eine Menge Luft nach unten und erzeugen Auftrieb. Aber was ist mit dem Aufwärtsschlag? Hier kommt das Flügelfalten ins Spiel!

Indem sie ihre Flügel während des Aufwärtsschlags falten, können Fledermäuse den Widerstand verringern und dennoch Geschwindigkeit beibehalten. Es ist wie Autofahren mit geschlossenem Fenster; du fährst schneller, weil weniger Luft gegen dich drückt.

Die Superkräfte des Roboters

Flapperoo ist nicht einfach irgendein Roboter. Er kann seine Flügel auf zwei verschiedene Arten schlagen: Er kann wie ein normaler Vogel schlagen oder seine Flügel falten, um den Widerstand zu verringern. So kann der Roboter effizienter fliegen, genau wie eine Fledermaus!

Tatsächliche Tests

In einem Windkanal wurde Flapperoo unter verschiedenen Geschwindigkeiten und Flügelwinkeln getestet. Wissenschaftler haben gemessen, wie viel Auftrieb er mit verschiedenen Flügelkonfigurationen erzeugt hat. Sie haben herausgefunden, dass der Roboter mit Flügelfaltung besser abschneiden kann, genau wie Fledermäuse.

Was kommt als Nächstes für Flapperoo?

Die Forscher sind gespannt auf die Zukunft der fliegenden Roboter. Sie hoffen, das, was sie von den Flügeln der Fledermäuse lernen, zu nutzen, um noch bessere Flugmaschinen zu entwerfen. Wer weiss? Vielleicht haben wir eines Tages Drohnen, die ihre Flügel falten und wie Fledermäuse umherfliegen!

Der Klatschmechanismus

Also, was ist mit dem Klatschen? Hier wird es noch cooler. Wenn Fledermäuse mit ihren Flügeln klatschen, erzeugen sie einen kraftvollen Luftstrahl, der nach unten drückt. Dieser Luftstrahl kann ihren Auftrieb während des Flugs erheblich steigern.

Warum ist Klatschen wichtig?

Klatschen hilft Fledermäusen, zusätzlichen Auftrieb zu gewinnen, wenn sie ihn am dringendsten brauchen. Wenn sie zum Beispiel schnell an Höhe gewinnen müssen, um einem Raubtier zu entkommen, hilft das Klatschen, diese extra Höhe zu erreichen.

Fledermäuse: Die ultimativen Flieger

Von ihren unglaublichen Flügelstrukturen bis zu ihren einzigartigen Flugtechniken sind Fledermäuse einige der besten Flieger überhaupt. Sie haben Tricks auf Lager (oder besser gesagt, in ihren Flügeln), die ihnen helfen, durch die Nacht zu schweben, zu swoopen und zu gleiten.

Lernen von der Natur

Indem sie Fledermäuse studieren, hoffen Wissenschaftler, diese Lektionen auf Technologie und andere Bereiche anzuwenden. Das Verständnis des Fledermausflugs kann zu Verbesserungen nicht nur im Drohnendesign führen, sondern auch dazu, wie wir Flug im Allgemeinen betrachten.

Fazit: So viele Lektionen!

Fledermäuse sind echt faszinierende Kreaturen. Sie haben einzigartige Flugtechniken entwickelt, die Wissenschaftler verblüffen und Technologie inspirieren. Vom Schlagen und Falten ihrer Flügel bis hin zum Erzeugen von Luftstrahlen durch Klatschen haben Fledermäuse die Kunst des Fliegens gemeistert.

Auch wenn wir vielleicht nie wie Fledermäuse fliegen werden, können wir ihre Fähigkeiten auf jeden Fall schätzen und vielleicht die eine oder andere Sache für unsere eigenen Erfindungen lernen. Also, das nächste Mal, wenn du eine Fledermaus siehst, die nachts fliegt, denk an die ganze Wissenschaft, die hinter diesen zarten Flügeln steckt!

Originalquelle

Titel: Upstroke wing clapping in bats and bat-inspired robots improves both lift generation and power economy

Zusammenfassung: Wing articulation is critical for efficient flight of bird- and bat-sized animals. Inspired by the flight of $\textit{Cynopterus brachyotis}$, the lesser short-nosed fruit bat, we built a two-degree-of-freedom flapping wing platform with variable wing folding capability. In late upstroke, the wings "clap" and produce an air jet that significantly increases lift production, with a positive peak matched to that produced in downstroke. Though ventral clapping has been observed in avian flight, potential aerodynamic benefit of this behavior has yet to be rigorously assessed. We used multiple approaches -- quasi-steady modeling, direct force/power measurement, and PIV experiments in a wind tunnel -- to understand critical aspects of lift/power variation in relation to wing folding magnitude over Strouhal numbers between $St = 0.2 - 0.4$. While lift increases monotonically with folding amplitude in that range, power economy (ratio of lift/power) is more nuanced. At $St = 0.2 - 0.3$, it increase with wing folding amplitude monotonically. At $St = 0.3 - 0.4$, it features two maxima -- one at medium folding amplitude ($\sim 30^\circ$), and the other at maximum folding. These findings illuminate two strategies available to flapping wing animals and robots -- symmetry-breaking lift augmentation and appendage-based jet propulsion.

Autoren: Xiaozhou Fan, Alberto Bortoni, Siyang Hao, Sharon Swartz, Kenneth Breuer

Letzte Aktualisierung: 2024-11-03 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2411.01434

Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.01434

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

Vielen Dank an arxiv für die Nutzung seiner Open-Access-Interoperabilität.

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