Tuesday, 20 September 2011

Linnun lennon fysiikkaa suurinpiirtein


Helsingin  Sanomat kertoi tänään Tiede-sivuillaan lintujen lennosta - myös sen fysiikasta.  Fyysikon silmin siinä on vähän turhan voimakkaasti paino sanalla suurinpiirtein. Näin linnun lennon fysiikaa Hesarissa  selitettiin.

"Lintu - ja lentokone - pysyy ilmassa Maan vetovoiman kumoavan nostovoiman ansiosta.
Se syntyy suurinpiirtein näin: ilmavirta osuu siiven koveraan alapintaan ja kuperaan yläpintaan.
Yläpintaa hipova ilma kulkee pitemmän matkan kuin alapintaa menevä. Nopeuserosta muodostuu alipaine siiven ylle, mikä kehittää nostovoiman."

Selitys perustuu Bernoullin periaatteeseen, jonka mukaan ilmavirtauksen staattisen ja dynaamisen paineen summa on vakio. Mitä nopeammin ilma virtaa. sitä suurempi on dynaaminen paine ja vastaavasti siiven yläpinnalle muodostuva staattinen paine pienempi. Siiven ylä- ja alapintojen staattisten paineiden ero aikaansaa painovoiman kumoavan nosteen.

Tämä selitys - paitsi että se on muutenkin enemmän harhaan johtava kuin selittävä- pätisi vain silloin, kun lintu liitää liikkumattomin siivin. Näin lentävät pitkiä matkoja mm. haukatalbatrossit ja muut liitäjät - kuten purjelentokoneet. Pelkkä siipien muoto  ei kuitenkaan voi yksinään kumota vetovoimaa, vaan lisäksi tarvitaan jotain energiaa, jotta liikkumattomin siivin pysyttäisiin ilmassa. Yleensä se on nouseva ilmavirtaus, joita niin haukat kuin purjelentäjätkin etsivät hanakasti.

Suurin osa linnuista lentää kuitenkin siipiään räpyttelemällä. Tilanne on silloin paljon monimutkaisempi, koska lento koostuu kahdesta eri siipien liikkeestä. Alas- ja ylöspäin koostuvasta siiven lyönnistä. Siipien liike muuttuu työksi, joka pitää linnun ilmassa ja vie lintua eteenpäin.

Alaspäin tapahtuvan siiven lyönnin vaikutus on helpommin ymmärrettävissä. Siipi lyö ilmaa sekä alaspäin että taaksepäin. Newtonin mekaniikan keskeisen voiman ja vastavoiman lain mukaan ilma vaikuttaa lintuun samalla ylös- ja eteenpäin työntävällä voimalla millä siivet työntävät ilmaa alas- ja taaksepäin. Alaspäin suuntautuva siivenisku on hieman kuin airon veto vedessä soudettaessa.

Siiven ollessa ala-asennossa linnulla on edessään kinkkinen aerodynaaminen probleema. Miten tuoda siipi takaisin yläasentoon ilman, että se aiheuttaisi alaspäin suuntautuvan voiman? Lentäessähän ei voida vaihtaa väliainetta kuten soudettaessa nostamalla airot ilmaan takaisinvedon ajaksi.

Linnun ratkaisu on nerokas. Se kääntää siipiään siten, että ne nousevat etureuna ylöspäin. Nyt siipiin kohdistuva ilmavirta nostaa niitä alapintaan kohdistuvan dynaamisen paineen ja yläpintaan kohdistuvan pienemmän staattisen paineen ansiosta.

Linnun siipien liike näkyy hyvin tästä hidastetusta videosta.
Erikoisen hyvin siipien liikkeen epäsymmetrisyys näkyy hidastetetussa hanhien ilmaan nousussa ja  ultrahidastetussa kolibrin lennossa. Koska kolibri pysyy mettä juodessaan paikoillaan, se ei voi hyödyntää ilmavirran aiheuttamaa nostetta. Siksi kolbiri kääntää siipiään niin voimakkaasti, että ne aikaansaavat nosteen kumpaankiin suuntaan liikkuessa. 

Monet linnut, kuten vaikka lokit vetävät siipensä hieman suppuun ylöspäin liikeessä, minkä johdosta liikeen alaspäin työntävä voima on pienempi kuin nostovoima siipeä alaspäin lyötäessä. Tässä hidastetussa videossa lokin siivenlyönnin monimutkaisuus näkyy selvästi. Kuten myös tästä, jossa lokki lähtee lentoon. Samat fysiikan lainalaisuudet koskevat myös pienempiä lentäviä otuksia.



Linnut ovat oppineet säätelemään siipiensä liikettä siten, että ylöspäin kohdistuva voima on vakio sekä alaspäin että ylöspäin suuntautuvan lyönnin aikana. Näin linnun lentokorkeus pysyy koko ajan vakiona, mikä säästää merkittävästi lentoon käytettävää energiaa.

Ylöspäin suuntautuva siivenisku ei välttämättä vie lintua eteenpäin. Silloin työntövoima on kehitettävä vain alaspäin suuntautuvan siiveniskun aikana. Massan hitaudesta johtuen etenkin suurten lintujen, kuten hanhien tai joutsenten nopeus ei putoa käytännössä lainkaan lennon aikana, mikä sekin säästää energiaa. Mitä nykiuvämpää meno on, sitä enemmän se kuluttaa energiaa. Jokainen pitkänmatkan juoksija voi ainakin kokemuksen perusteella allekirjoittaa tämän.

Ratkaisun avaimet linnun lennon fysiikkaan ovat Newtonin laeissa, Bernoullin periaatteella ei yksin selvitä - ja varsinkaan ei sirkulaatioteorioilla. Eri linnut käyttävät erilaisia tekniikoita ongelmassaan, miten saavat Newtonin III lain mukaisen nosteen kumoamaan maan vetovoiman vaikutuksen. Vaikka useimmat niistä ovat tuskin  kuulleet puhuttavankaan Newtonista.

----

ps. Alla olevaan Matti Äyräksen kommenttiin liittyvä taulukko lintujen nopeuksista.

19 comments:

  1. Hauska juttu vaihteen vuoksi.
    Täällä myös hyvää hidastettua videota lintujen lennosta.

    http://www.biology-resources.com/biology-videos-birds.html

    Katsokaa varpusen siipisulkien liikettä. Linnun lento ei ole suinkaan mikään simppeli aerodynaaminen juttu.

    ReplyDelete
  2. Hauska juttu tosiaan taas poikkitieteilijältä. Itse luin Hesarin artikkelin täällä Berliinissä digilehdestä. Taulukossa lintujen nopeudet ovat käsittämättömiä. Taulukon mukaan kolme hitainta lintua ovat tuulihaukka, haarapääsky ja tervapääsky. Viimeksi mainittu ei pärjäisi edes pitkänmatkan juoksijoille nopeudessa. Eppäillä tuota soppii.

    ReplyDelete
  3. Kyllä varmaan. Laitoin kyseisen taulukon juttuni loppuun. Minä puolestani eppäilen, että toimittajalta on mennyt linnut ja luvut väärään järjestykseen. Lisäksi yksiköissä on ollaan anglosaksisissa, eli luvut ovat mailia/tunti ei km/tunti. Näin niissä olisi enemmän tolkkua.

    Mielenkiintoista olisi tietää, miten vähiten energiaa kuluttava nopeus on saatu. Laskemalla teoreettisesti vai mittaamalla kulutusta?

    ReplyDelete
  4. Hienoja videoita! Näitä katsellessa ei voi taas kerran muuta tehdä kuin ihailla mitä luonto on saanut aikaan.

    Poikkitiedepalstan kaltaisessa arvovaltaisessa julkaisussa olisi mielestäni syytä ottaa enemmän kantaa Hesarin jutussa olevaan perusteluun nopeuseron synnystä. Hesarin jutun kirjoittajahan näemmä ammentaa tietoaan hämmentävän sitkeästä myytistä, mikä ei toki sinänsä liene mikään uutinen kellekään.

    Siiven ylä- ja alapintoja pitkin kulkevat ilman molekyylithän eivät ole toisistaan pätkän vertaa tietoisia. Ei ole mitään mystistä voimaa, joka pakottaisi molemmat molekyylit saapumaan perille siiven jättöreunaan samaan aikaan.

    Niinpä nosteen tai edes nopeuseron on ihan turha kuvitella syntyvän ylä- ja alapinnan pituuseron vaikutuksesta. Jokainen joka on työntänyt maantiellä kulkevan auton ikkunasta ulos esimerkiksi lankunpätkän, tai edes oman kätensä, ja tutkinut ilmavirran vaikutusta eri asennoissa, on tullut tietoiseksi siitä tosiseikasta, että melkein mikä vaan kappale voi toimia siipenä. Siihen ei tarvita hienoa siipiprofiilia. Tämän tietää myös hävittäjälentokoneiden suunnittelijat.

    Lentokoneissa ja lintujen siivissä toki tähdätään kohti täydellisyyttä, jolloin siiven profiiliin on syytä kiinnittää paljonkin huomiota. Toki profiili vaikuttaa moniin muihinkin lento-ominaisuuksiin kuin vain nosteen syntyyn, ja niin kuin aina, kompromisseja on tehtävä.

    Näemmä Wikipediasta löytyikin mainio animaatio:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Lift_(force)#A_more_rigorous_physical_description

    Ja turhaanhan kirjoitin tämän, koska sama olikin (tietysti) jo Wikipediassa valmiina:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Equal_transit-time_fallacy#.22Popular.22_explanation_based_on_equal_transit-time

    ReplyDelete
  5. Olen kirjoittanut lentämisestä varmaan enemmän kuin tietohini nähden siitä olisi soveliasta. Mm. täällä. Jonkinmoinen tavoitteeni on ollut yrittää selittää asiasta se, mitä tavallisen luonnonilmiöistä kiinnostuneen kansalaisen olisi hyvä tietää lentämisen fysiikasta. Olenko onnistunut ja olenko edes itse ymmärtänyt asian, ne jäävät muiden arvioitaviksi.

    ReplyDelete
  6. Miksi lentokoneen siivet sitten on muotoiltu kuten ovat, jos niillä ei ole vaikutusta lentämiseen? Ja miksi lintujen siivet ovat yläpuolelta kuperat ja alapuolesta koverat? Ei kai sattumalta?

    ReplyDelete
  7. Nostevoimaa ei voi ymmärtää ilman Newtonin III lakia. Jotta ilma voisi aiheuttaa siipeen nostevoiman, täytyy siiven itsensä työntää ilmaa alaspäin. Kupera yläpinta saa ilman virtaamaan siiven yläpinnan ohitse siten, että ilma taittuu alaspäin, mutta ilmavirta ei muutu pyörteiseksi. Pyörteiseksi muuttava ilmavirta jarruttaa ja vaatisi linnulta huomattavasti suuremman määrän energiaa lennettäessä. Siiven muoto on ennen kaikkea energiaa säästävä. Jos energiaa ja samalla työntövoimaa on rajattomasti, niin siivet voivat olla hyvinkin pienet ja vailla mitään kaarevaa profiilia. Näinhän on hävittäjälentokoneissa, joissa pyritään ihan muihin päämääriin kuin säästämään energiaa.

    Täällä hyvä animaatio ilman pyörteettömästä käyttäytymisestä siiven ylä- ja alapinnalla.

    ReplyDelete
  8. Puhut tuolla aikaisemmin vähän sekavasti voimasta ja energiasta kuin yhdestä ja samasta asiasta. Nehän ovat eri asioita. Ymmärrän hyvin, että eteenpäin lentäessään lintu tarvisee energiaa, sehän tekee työtä. W = F*s, näihän koulun fysiikan tunnilla opetettiin. Mutta mitä työtä tekee paikollaan ilmassa leijuva lintu? Miksi se tarvitsee energiaa, vaikka se ei teekään työtä?

    ReplyDelete
  9. Timo, kiitoksia linkistä aikaisempaan "God said, Let Newton Be!"-kirjoitukseesi. Täytyy ihan vilpittömästi todeta, että se on paras selitys siiven nostovoiman synnystä mitä olen lukenut. Sieltä löytyy myös vastaus Matti Viikarin esittämään hyvään kysymykseen.

    Ilmassa kulkeva siipi on aivan yllättävänkin monimutkainen dynaaminen järjestelmä, ja on tavallaan makuasia mistä näkökulmasta asiaa haluaa ajatella. Näkökulma taas vaikuttaa siihen, mikä näyttää syyltä ja mikä seuraukselta.

    Käyttämäsi lähestymistapa on sama mikä itsellenikin on tuntunut aina luonnollisimmalta, sillä siinä edetään perusasioista ylöspäin eikä päin vastoin.

    Yliopistotasolla matemaattisia malleja opiskellessa jää kaiken hosumisen keskellä helposti polku perusasioista matemaattiseen malliin hämärän peittoon, jolloin syy-seuraussuhteet menevätkin helposti sekaisin.

    Ihan pokkana kehtaan väittää, että moni joka selittää siiven nostovoiman syntyä paine-erolla, ei ole itse ajatellut asiaa alusta loppuun, vaan lukenut tai kuullut että näin se menee. Omaa puutteellista perusasioiden tuntemusta tulee helposti kätkettyä Bernoullien ja muiden sivistyssanojen taakse. On siihen aina välillä itsekin tullut syyllistyttyä.

    ReplyDelete
  10. Edellisestä viestistäni unohtui kommenttini Jukalle. Jos menisit paikallaan leijuvan linnun alle (kohtalaisen lähelle) niin tuntisitko jotakin?

    ReplyDelete
  11. Nostovoima tulee tietenkin ilman paine-erosta siiven ala- ja yläpuolen välillä, ei se muusta voi tulla. Voima ja painehan kytkeytyvät yhteen määritelmän F = p*A mukaisesti.

    Eri asia sitten on, millä mekanismilla paine-ero syntyy. Sen selittämisessä Bernoullin periaate on huono malli ja johtaa enemmän sivuun kuin asian ymmärtämiseen.

    Bernoullin periaatteelle on kyllä käyttöä lentokoneen lennossa. Sen avulla voidaan kalibroida lentokoneen nopeusmittari, joka mittaa lentokoneen nopeutta ilman suhteen. Lentämisen aerodynamiikan kannaltahan se on oleellinen nopeus, ei nopeus maan suhteen.

    Täällä tarkemmin:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Bernoulli%27s_principle

    ReplyDelete
  12. Kirjoitin tuon viimeisen kappaleen turhan huolimattomasti. Tokihan paine-ero syntyy, mutta jos siiven nostovoimaa selitettäessä lähdetään liikkeelle siitä, että paine-ero on jo syntynyt (koska Bernoulli), ollaan mielestäni hypätty olennaisten perusasioiden yli.

    Perusasioiden yli on toki monesti järkevää hypätä (eli nostetaan abstraktiotasoa) jos ne ovat selviä asioita, ja ongelmaa halutaan tarkastella korkeammalla tasolla. Oman kokemukseni mukaan monelle Bernoullilla siiven nostovoimaa selittävälle nämä perusasiat eivät kuitenkaan tunnu olevan selviä, ja ehkä juuri siksi siiven toimintaan liittyy niin paljon myyttejä ja mystiikkaa.

    ReplyDelete
  13. Hehheh, luinpa saman minäkin.
    Ja mietiskelin samaa kuin Sinäkin.
    Tietysti Lentoon-näyttelyn aikainen oiva Minerva-ohjelmakin auttoi.

    Tekee kumminkin vielä mieli lisätä vielä muuan mahdollisuus, joka ainakin tyydyttää Occamin partaveistä. (Sen parhaan version olen muistini mukaan lukenut nuorukaisena Valituista Paloista Einstein-sitaattina: ”Hyvä tieteellinen teoria on yksinkertaisin tapa, joka selittää havaitut ilmiöt. Sitä on pidettävä totena, kunnes vieläkin yksinkertaisempi selitys löydetään.” Sitaatti on muistinvarainen, enkä ole löytänyt mistään lähdettä. Kysyin asiaa Avoimet kysymykset -näyttelyä tehdessämme mm. Osmo A. Wiioltakin.)

    Seuraavaksi siteeraan Sinua: ”Linnun ratkaisu on nerokas. Se kääntää siipiään siten, että ne nousevat etureuna ylöspäin.”

    Olisiko kumminkin niin, että linnun räpyttelyvoima kohdistuu lähinnä siiven ETUreunaan, ja sulat taipuvat ILMAN pakottamana, ovat siis aina ikäänkuin hiukan jäljessä etureunan liikkeestä. Siipi siis toimii vähän kuin uimaräpylä jalassasi, kun liikutat jalkaterääsi ylös-alas. Sinä et siis uidessäsi kiverrä räpyläsi takareunaa mihinkään, mutta vesi kivertää.

    Mielestäni Kolibrin paikallaanlento-YouTube ( http://www.youtube.com/watch?v=D8vjYTXgIJw ) tukee melontauumoiluani: lintu liikuttaa siipiään ees-taas (eikä ylös-alas), takareuna on aina jäljempänä kuin etu-. Linnulla kun on matka pystysuoraan ylös yhtä kyytiä kuin hänen ja maapallon välinen vetovoima viekottelee alas.

    Toinen tuki on anatominen. Linnun lihakset liikuttavat ennen muuta siiven etureunaa (taitaa olla nimeltään pankko tai spankko). Sulkien päissä ei ole mitään lihaksia, joilla niitä voisi käivertää. No joo, voihan lintu KIERTÄÄ siipipankkoaan, mutta teho taitaa olla sulkien päissä pienempi kuin ilman vimma.

    Olisikohan kysymys sukua myös kalojen eikä pelkästään räpylöivän ihmisen uinnille. Pyrstö liikkuu vasen-oikea-suuntaisesti (paitsi muutamilla, kuten kampeloilla). Juttuni mahdollinen juoni on siinä, että lihaisa pyrstö on lihaksikas, mutta varsinainen pyrstöevä on lihakseton, kuin sulka. Niinkuin jalkasi on lihaksikas, mutta kumiräpylä omaa tahtoa vailla.
    Muistan hatarasti, että kroolia opetellessa neuvottiin potkimaan taajaan, mutta JALKATERÄT VELTTOINA.


    Mutta sitten vielä ihan toinen juttu, ihmisen lentotaidottomuus.

    Ihmisen vaipan rajaama tilavuus on massaltaan liki kilon litraa kohti, ilman tilavuuspaino on jotain ylen vähäistä sihen nähden.
    Mutta linnun, liitävän tai räpyttelevän (tai sukkulana syöksyvänkin) vaipan rajaama tilavuus lienee massaltaan ehkä vain neljänneskilon litraa kohti? (Linnun vaipalla tarkoitan sulkien ulkopinnan muodostamaa vaippaa, jonka sisällä, mutta paljon pintaa syvemmällä, alkaa iho.)
    Mikä siis olisi se kaasumainen aine Å, jonka tilavuuspainon suhde ihmisen tilavuuspainoon olisi jotakuinkin sama kuin linnun tilavuuspainon suhde ilman tilavuuspainoon.

    Eli minkälaista mahtaisi olla Å:ssa räpyttely.
    Vedessä räpyttelyn eli uinnin osaamme.
    Ilmassa räpyttely on aika joutavanpäiväistä hommaa, väsy tulee kai enemmän ”massan hitauden” voittamisesta kuin ilman vastuksesta.
    En tarkoita, että ihminen osaisi Å:ssa lentää, mutta saisi ehkä lintumaisemman kuvan väliaineesta.

    ReplyDelete
  14. Yksi viisas kysyy enemmän kuin kymmenen hullua ehtii vastata - niinhän se muistaakseni meni.

    Occamin partaveitsi ei kerro yksittäisen teorian tai selityksen hyvyydestä mitään, se toteaa vain, että yksinkertainen selitys tai teoria on useimmin totta kuin monimutkainen ja paljon oletuksia sisältävä. Hyvä esimerkki on kuuluisa torinon käärinliina. Sen historia tunnetaan tunnetaan 1300-luvulle, jonka suuntaiset tulokset saatiin myös kolmressa vuonna 1988 tehdyssä riippumattomassa radiohiiliajoituksessa.

    Monien kristittyjen mukaan käärinliinassa on Jeesuksen hahmo, joka siirtyi siihen Jeesuksen ylösnusemuksen hetkellä. Tätä teoriaa varten täytyy olettaa, että
    1. Raamatun pääsiäisen tapahtumat ovat historiallista faktaa.
    2. Täman kankaan ikää ei syystä tai toisesta voida selvittää radiohiiliajoituksella.
    3. Kilpailevaa teoriaa vastaan esitetty miten heikko argumentti tahansa on todiste oman teorian puolesta, vaikka niillä ei olisi mitään tekemistä toistensa kanssa.

    Mutta se Occamista ja häne parranajokoneestaan. Linnun siivet ovat rakenteeltaan hyvin samanlaiset kuin ihmisen kädet. Molemmat kiertyvät helposti. Ihminenkin saa kämmenensä kierrettyä suunnilleen täyden ympyrän.

    Siipiluut ovat siiven etuosassa, joten kaikki siiven liikkeet lähtevät siiven etuosasta. Niin siiven isku kuin sen kiertyminenkin ja voima tietysti keskittyy siiven etuosaan. Siipisulat ovat hyvin jäykkiä (eivät ne letkuina olisi käyneet kyniksi), joten ei niitä ilmavirta paljoa pysty kääntämään. Jos pystyisi, niin ei niillä olisi kantovoimaa juuri lainkaan. Näin kuvittelen, että linnun siipisulat ovat sopiva suhde jämäkkää rakennetta ja joustavuutta. Ihan kuin lentokoneenkin siivet. Nekin saattavat hytkyä turbulenssissa niin, että lentopelkoisimmat eivät uskalla pitää enää silmiään auki - ainakan eivät katsoa ulos.

    Kolibrin paikallaan lennossa tuntuu uskomattomalta, kuinka hyvin lintu tosiaan pysyy paikoillaan. Niin vaakasuorassa kuin pystysuorassa suunnassa. Pienellä laskulla ilmiön fysiikka tulee kuitenkin ymmärrettäväksi. Kun lintu räpyttää siipiään 70 kertaa sekunnissa, niin isku ääriasennosta toiseen kestää 1/140 sekuntia. Miten plajon lintu ehtisi pudota tänä aikana, jos se ei räpyytelisi lainkaan?

    Mekaniikan peruskaavoja on matka = ½*kiihtyvyys*aika^2, eli h = ½*g*t^2. Laskemalla putomismatkaksi tulee 0,2 mm. Joten ei ole mikkään suuri ihme, että viuhasti siipiään räpyttelevä kolibri pystyy helposti korjaamaan paikkaansa ja pysyttelemään juuri oikeassa paikassa kukkaan nähden mettä juodessaan.

    Ihmisen lentotaidottomuuteen palaan toisella kertaa.

    ReplyDelete
  15. Ostin virolaisen kanan (en siis broileria) ja aion tehdä siitä kanakeittoa. Lintu sai toimia myös mannekiinina ja esitellä miten kääntyväiset ovat kanan siipiluut, eikä kana tunnetusti oli niitä luomakunnan mestarillisimpia lentäjiä.

    ReplyDelete
  16. Juha Vastarannankiiski23 September 2011 at 22:25

    Kommentoinkin jo tuolla myöhemmän blogin yhteydessä nosteen ja nostovoiman sekoittamista keskenään, mutta tulkoon nyt tässäkin mainittua, että kyse on täysin eri asioista, ja näin ollen myöskään termejä ei olisi syytä sotkea keskenään.

    Mutta sitten seikka, joka pisti silmään ja ansaitsee näsäviisaan kritiikkini. Väitän, että linnut eivät lennä samalla korkeudella, vaan niiden massakeskipiste ui ylös-alas siivenlyöntien tahtiin. Jos linnut ovat älykkäitä, ja ovathan ne, ainakin älykkäämpiä kuin ihmiset, koska eivät sodi keskenään tuliaseiden avulla, ne antavat massakeskipisteensä liikkua ylös ja alas lentäessään. Siten ne optimoivat kulkunsa. Näin ollen niiden ei tarvitse tuottaa siivillään juurikaan nostovoimaa siipien liikkuessa ylös, vaan ne voivat nostaa siipensä ylös minimi-ilmanvastusta ja minimienergiankulutusta tavoitellen, eli nollakohtauskulmalla, jolla siipi ei juurikaan tuota nostovoimaa, eikä näin ollen myöskään indusoitua vastusta.

    Tällöin lintu voi pitää lentonopeutensa mahdollisimman lähellä vakiota, joka minimoi hukkatyön. Ilmanvastus kasvaa nopeuden neliöön, joten on edullisempaa pyrkiä pitämään nopeus kuin nostovoima vakiona, eli nostovoimaa ei tarvita juurikaan siipiä ylöspäin nostettaessa, koska seuraava siivenisku on kohta taas tulossa, ja palauttaa korkeuden aiempaan. Luultavasti myös lintujen harrastama osastolento on tällä menetelmällä helpompaa kuin olisi niin, että jokainen siipien ylös nosto hidastaisi nopeutta.

    Linnut toki osaisivat lentää myös vakiokorkeudella, silloin niiden pitäisi kasvattaa siipien kohtauskulmaa siipiä ylös nostettaessa, mutta tämä kasvattaisi merkittävästi indusoitua vastusta ja tekisi lentonopeudesta nykivää. Samaan keskinopeuteen tuhlattaisiin enemmän energiaa, koska nopeutta pitäisi aina kiihdyttää yli keskinopeuden siipiä alas lyötäessä, jolloin nopeuden toinen potenssi kasvattaisi ilmanvastusta turhaan.

    Maallikosta saattaa näyttää, että linnut lentäisivät vakiokorkeudella, mutta siivet hämäävät, tosiasiassa lintujen massakeskipiste, eli käytännössä sisäelimet, sydän ja sielu yms., pomppivat, koska linnut ovat viisaita, ja tietävät, miten kannattaa lentää.

    ReplyDelete
  17. Juha Vastarannankiiski23 September 2011 at 23:20

    On niin mainio aihe, etten malta olla edelleen kommentoimatta. Kommenttiosuudessa Poikkitieteilijä puhui turbulenssista, ja varsinaisessa blogissa viittasi aiempaan nostovoimaa selittävään blogiinsa. Lainaus sieltä: "Laminarisen virtauksen muuttuessa turbulenttiseksi, siiven yläpinnan nostovoima katoaa silmänräpäyksessä. Jokainen turbulenssiin joutunut lentomatkustaja tietää, miltä se tuntuu."

    Tässä täytyy taas näsäviisastella. On turbulenssia ja turbulenssia. Turbulenssi on suomeksi pyörteisyyttä. Tosiasiassa hallitulla rajakerrosturbulenssilla voidaan pitää päävirtaus siiven ympärillä pidempään laminaarisena, turbulaattoreita käytetäänkin joissain tilanteissa hidaslento-ominaisuuksien parantamiseksi.

    Mutta on syytä tehdä taas selvä ero ympäröivän ilmamassan turbulenttisuudelle ja siipeä ympäröivän ilmavirtauksen irtoamiselle sakkauksessa, jolloin siiven yläpinnan virtaus muuttuu turbulenttiseksi ja siipi kadottaa nostovoimansa.

    Se turbulenssi, joka on lentomatkustajille tuttu, on ympäröivän ilmamassan pyörteisyyttä, joka aiheuttaa nostovoiman vaihtelua siivissä ja pomputtaa konetta. Se on ihan eri asia kuin siipeä ympäröivän, nostovoimaa tuottavan virtauksen muuttuminen turbulenttiseksi. Sellaisen ilmiön joku on voinut havaita esim. joidenkin kaukoliikennekonetyyppien lennolla vienona tärinänä, kun lento on myöhässä, ja pyritään maksiminopeuteen, ja yläilmekehän ohuessa ilmassa virtaus siiven yläpinnalla saavuttaa hetkellisesti paikallisesti äänennopeuden, jolloin paineaalto irrottaa laminaarisen virtauksen siivestä paikallisesti, ja tuntuu pientä tärinää. Tuota tuskin maallikko koskaan edes tajuaa, mutta herkkätakamuksinen ihminen voi sen aistia. Samaten lentojarrujen käyttö aiheuttaa paikallisen, hallitun ilmavirran turbulenttisuuden, ja se ilmiö on ihan tyypillisesti havaittavissa matkustajakoneiden passaillessa lentoprofiiliaan lähestymistä varten.

    Mutta se, että matkustajakoneen siipi oikeasti sakkaisi, eli laminaarinen virtaus muuttuisi kunnolla hallitsemattomasti turbulenttiseksi siiven yläpinnalla, on ollut matkustajakoneissa vain harvojen havainnoitsijoiden herkkua. Sellaisen ihmeen ovat päässeet viime vuosina havaitsemaan Atlantin yllä yhden Air Francen lennon matkustajat ja USA:n Buffalon yllä yhden Colgan Airin lennon matkustajat. Kaikki heistä valitettavasti kertovat kokemuksistaan jossain muualla kuin meidän maan matosten keskuudessa, sen verran rajuista kokemuksista on kyse.

    Turbulenssi, jota lentomatkustajat kokevat reittilennoillaan, on ihan eri juttu kuin laminaarisen virtauksen muuttuminen turbulenttiseksi siiven sakkauksessa. Älköön näitäkään asioita sotkettako keskenään.

    ReplyDelete
  18. Nimimerkillä on selvästikin paremmat tiedot lentokoneiden toiminnassa kuin Poikkitieteilijällä, mitä en ole edes pyrkinytkään peittelemään. Rakentavan kriittiset kommentit otetaan vastaan ja korjataan tekstiä sen mukaisesti - kunhan keritään. Tämä siis selityksenä sille, että nimimerkin saattaa siis näyttävän kritisoivan jotain sellaista, mikä onkin jo korjattu.

    ReplyDelete
  19. Linnun ja lentokoneen lentäminen on mielenkiintoinen juttu, mutta voisiko joku kertoa sen, miten kärpänen lentää ja miten kärpänen "laskeutuu" kattoon. Olisikohan Timolla videota asiasta...

    ReplyDelete