Aerodynamika hmyzího letu

Možná jste už někdy slyšeli příhodu o tom, jak vědci svými výpočty jednoznačně dokázali, že čmelák nemůže létat. Původ příběhu vysvětlil K.P. Zetie v povídce Podivný případ čmeláka, který létal (novela získala cenu Science in print award, kterou uděluje britský Institute of Physics, www.iop.org/IOP/SIP/sip96-1.html): V době mezi světovými válkami byl prý nejmenovaný známý švýcarský aerodynamik na večeři s nejmenovaným méně známým biologem. Ten mu předložil problém letu včel. Aerodynamik provedl výpočty na zadní stranu ubrousku a dospěl k správnému závěru, že – podle běžných zákonů aerodynamiky – včela s nehybnými tuhými křídly nemůže létat. Biolog se toho chytil, příhodu překroutil tak, aby mohl ukázat, že příroda je dokonalejší než inženýrství, a sdělovací prostředky to roznesly do světa.

Každý vědec ovšem ví, že včely, čmeláci a další hmyz létají, vždyť je to experimentálně dokázáno! Ale jak létají? Kde se bere dostatečná zdvižná síla, která v rozporu s běžnými aerodynamickými výpočty umožňuje let hmyzu? To osvětlili nedávno novým výzkumem vědci z Cambridžské univerzity (Nature 384, 626–630, 1996). Nejprve fotografovali rychlou kamerou proudění proužků dýmu kolem křídel letícího lišaje Manduca sexta a pak kolem 10krát zvětšeného mechanického modelu pojmenovaného Flapper – podobně se studuje proudění vzduchu kolem modelů letadel, automobilů atd. Při pohybu křídel směrem dolů zpozorovali vznik silného víru, který pravděpodobně zajišťuje dostatečnou zdvižnou sílu pro let můry. Snímky ukazují, že vírová spirála postupuje ke konci křídla, podobně jako válcovitý vír u deltovitých křídel. Nové výsledky tak vedou k podstatnému přehodnocení dosavadních teorií.

Zajímavé je technické pozadí výzkumu. Charles P. Ellington z výzkumného týmu prozradil časopisu EuroPhotonics (February/March 1997, str. 84), že pohyb dýmu kolem můry byl snímán dvojicí běžných fotoaparátů Nikon F3 (dvojicí proto, aby bylo možné získat stereoskopické obrázky) na film Ilford HP5 (exponovaný jako 33 ČSN (DIN) = 1600 ASA). Závěrka byla synchronizována se stroboskopickým osvětlením nastaveným na frekvenci kmitání křídel můry. Rychlost snímání byla 6 obrázků za sekundu. Stejnou kamerou byl snímán i model a dým byl obarven až při počítačovém zpracování obrazu. Navíc byl získán vysokorychlostní videozáznam pomocí Kodak EktaPro systému zaznamenávajícího 1000 obrázků za sekundu!

Jak vidět, klasická fotografie, kterou poprvé použil k „zmrazení“ pohybu zvířat již Eadweard Muybridge v sedmdesátých letech minulého století, je ještě stále užitečným nástrojem výzkumu.