schrodinger
7th December 2009, 03:20 PM
دوستان عزیز اگر مطالبی در مورد پرواز ( پرنده، حشره ، هواپیما و ....) دارند لطفا در این تاپیک مطرح کنند
مقدمه ای بر فیزیک پرواز پرندگان
لئوناردو داوینچی یکی از اولین مهندسان و طراحان دستگاه های پرنده ای که او طراحی کرد هیچ گاه زمین را ترک نکردند. داوینچی نحستین کسی نبود که سعی کرد انسان را به آرزوی دیرین پرواز برساند. انسان از دیرباز تسلط بر آسمان ها را در صدر آرزوهای طلایی خود قرار داده بود، ولی نخستین اقدام اساسی برای پرواز، از دوره رنسانس شروع شد. فرانسیسکو ملزی نخستین کسی بود که برای پرواز در آسمان تلاش کرد، ولی متاسفانه اسناد معتبری از کارهایی که انجام داد در دسترس نیست. اما طرح های اولیه نابغه بزرگ ایتالیایی لئوناردو داوینچی شروعی برای طراحی هواپیما، بالگرد و چتر نجات و دیگر وسایل پروازی امروزه بود.
شالوده تمام پیشرفت های باور نکردنی بشر از اولین طراحی ساده قرن 15 که داوینچی از پرواز پرندگان الهام گرفته بود ، سرچشمه گرفت. تاریخ علم نشان می دهد، بهترین و کامل ترین اختراعات و پیشرفت های بشری از طبیعت الهام گرفته اند. امروزه با وجود پیشرفت بسیار زیاد بشر در زمینه پرواز، شناخت کامل تر پرواز پرندگان ضروری به نظر می رسد. چرا که هنوز هم پرسش های بسیاری در مورد پرندگان بی جواب مانده است که پاسخ آنها بی شک افق تازه ای در برابر بشر خواهد گشود. پرندگان دارای قدرت تنوع پروازی و قدرت مانور متفاوتی هستند هنوز دستگاه های پرنده ساخت دست بشر توانایی این نوع پرواز را ندارند. در این مقاله به صورت مختصر پرواز پرندگان را از دیدگاه فیزیکی مورد کنکاش قرار می دهیم و تعدادی از روش هایی که پرندگان برای پرواز استفاده می کنند و نیروهای موثر در پرواز را به صورت کلی بررسی خواهیم کرد.
شکل آیرودینامیکی و نیروهای پروازی
اگر با دقت به برش عرضی بال پرندگان توجه کنید شباهتی بین آنها و برش عرضی بال هواپیما مشاهده خواهید کرد. به این شکل از نظر هندسی، شکل آیرودینامیکی می گویند. از ویژگی های مهم جسم آیرودینامیک، مقاومت حرکت بسیار کم آن در مقابل هوا یا آب است. دلیل مشابهت بین سطح مقطع بال هواپیما، پرنده، بدن ماهی و یا قطره باران این است که طبیعت و انسان همیشه به دنبال وضعیتی هستند که کمترین مقاومت را در مقابل حرکت داشته باشند. از مکانیک سیالات آموختیه ایم که در سیالات، نیرو همواره از ناحیه ای با فشار زیاد به ناحیه ای با فشار کم وارد می شود. از قانون برنولی نیز به دست می آید که سرعت زیاد سیال موجب کاهش فشار؛ و سرعن کم سیال موجب افزایش فشار می شود. این وضعیت در حرکت جسم آیرودینامیکی(مانند بال پرنده) در حرکت درون سایل اتفاق می افتد. به علت انحنای بیشتر در بالای بال، هوا مسافت بیشتری را نسبت به زیر بال طی می کند؛ در نتیجه سرعت جریان هوا در بالای بال بیشتر از زیر آن خواهد بود. بنابراین اختلاف فشار بین بالا و زیر بال به وجود می آید، در نتیجه نیروی رو به بالا بر بال پرنده وارد می شود که به آن نیروی بالابر یا نیروی برا می گویند. نیروی بالابر یکی از 4 نیروی مهم در پرواز پرنده است و با رابطه :
fl = ½ cl sw ρ v2
نشان داده می شود که در آن در sw مساحت بال، ρ چگالی سیال، v سرعت نسبی هوا و بال و cl ضریب مقاومت هواست. ضریب cl نیز به نوبه خود به عواملی نظیر شکل و زاویه حمله بال (زاویه ای که بال به هنگام بال زدن با خط افقی می سازد) بستگی دارد. در بالهایی با بهترین بهره این ثابت مقداری حدود 5/1 را دارد. در وضعیت برخاستن و یا در پرواز یکنواخت نیروی بالابر برابر وزن پرنده است. علاوه بر نیروی بالابر، نیروهای دیگری که با حرکت مخالفت می کنند نیز وجود دارند. یکی از این نیروها، نیروی پسا است. این نیرو به نوبه خود به دو نیروی پسای القایی و پسای اصطکاکی تقسیم می شود. نیروی پسای القایی، مانند نیروی بالابر، تنها بر روی بالها اثر می کند؛ در حالی که نیروی پسای اصطکاکی بر تمام بدن پرنده وارد می شود. بر اثر حرکت بالها، حجمی از هوا به سمت پایین رانده می شود. عکس العمل تغییر جهت حرکت هوا، نیروی عمود بر بال است. مولفه عمودی این نیرو، نیروی بالابر و مولفه های افقی آن نیروی پسا را تولید می کند. نیروی پسای القایی با معادله:
fd = ½ cd sw ρ v2
بیان می شود که بسیار شبیه به نیروی بالابر است؛ با این تفاوت که ضریب نیروی بالابر cl ، به شریب نیروی پسای القایی cd تبدیل شده است. نیروی پسای اصطکاکی نیز به دلیل برخورد هوا با قسمت جلوی بدن پرنده به وجود می آید. این نیرو نیز به صورت:
fd = ½ cpd sf ρ v2
است که در آن cpd ضریب نیروی اصطکاکی و sf مساحت سطح مقطع جلوی پرنده است. در سرعت های پایین و زاویه حمله زیاد، پسای اصطکاکی عامل مهمی محسوب می شود. اما در حرکت افقی پسای القایی مهم تر است. نسبت نیروی بالابر بر نیروی پسای القایی کمیتی است که در مطالعه پرواز بسیار مهم است. این عدد اطلاعات خوبی درباره بازده بال، توان پروازی و دیگر عوامل موثر در پرواز به دست می دهد. برای مثال میزان سر خوردن یک پرنده و یا یک گلایدر در هوا ربطی به مساحت بال یا شکل ظاهری پرنده ندارد؛ بلکه نسبت نیروی بالابر به نیروی پسا دارای اهمیت است. مرغ طوفان می تواند با زاویه حمله کوچکی نسبتنیروی بالابر به پسای بزرگی داشته باشد.
انواع پرواز
زیبایی بررسی پرواز پرندگان در بررسی انواع گوناگون پرواز به اوج خود می رسد. مانورهای پروازی پرندگان مختلف پیچیدگی های خاص خود را دارد برخی از پرندگان مجبورند به مدت طولانی پرواز کنند، برخی باید سرعت بسیار زیادی داشته باشند تا بتوانند طعمه خود را شکار کنند. پرندگان مانورهای پروازی گوناگونی را اجرا می کنند. این مانورهای پروازی ممکن است خاص به یک پرنده باشد و یا در میان پرندگان عمومیت داشته باشد در ایتجا چند نمونه عمده و مهم از انواع پرواز به اختصار معرفی شده است.
الف) سر خوردن هوایی: برخی از پرندگان می توانند برای مدتی طولانی بدون بال زدن پرواز کنند. در سر خوردن هوایی توان لازم برای پرواز به وسیله نیروی گرانش تامین می شود و پرنده با باز کردن کامل بال ها در امتداد یک خط مستقیم به سمت جلو یا پایین حرکت می کند مشخص شده است پرندگانی با جثه سنگین تر و بال های کوچکتر سریع تر از پرندگانی با وزن کم و بال های بزرگ سر می خورند. در پرواز عقاب و پرستو ها این نوع پرواز دیده می شود.
ب)پرواز صعودی: اگر در سر خوردن هوایی پرنده بتواند انرژی صعود خود را از جریان های هوایی گرم که به سمت بالا می روند، کسب کند، می تواند بدون بال زدن ارتفاع خود را افزایش دهد. این جریان های هوایی معمولا در کنار صخره ها یا کوه ها یا منابع گرمایی زمینی مانند کارخانجات وجود دارند. پرندگانی مانند کلاغ، مرغ نوروزی، مرغ ماهی خوار و تعداد از پرندگان شکاری از این روش جهت صعود استفاده می کنند. کایت ها و گلایدر ها نیز نیروی لازم جهت اوج گیری را از این جریان های هوایی کسب می کنند. به عبارت دیگر، در طراحی و ساخت این وسایل از پرواز پرنده الگو گرفته شده است.
ج) پرواز گردشی: پرواز صعودی کرکس ها و بعضی از پرندگان مشابه به طور معمول از دو مرحله تشکیل شده است: دور زدن و سر خوردن. در مرحله دور زدن، پرنده دایره یا حلقه هایی را با افزایش مداوم ارتفاع طی می کند. در این مرحله، پرنده بالهای خود را کاملا باز می کند همچنان که پرنده در مسیر های دایره ای حرکت می کند، بالها به سمت مرکز دایره تمایل داده می شوند تا یک نیروی جانب مرکز ایجاد شود. اگر مولفه افقی جریان باد نیز وجود داشته باشد موجب افزایش ارتفاع پرنده می شود. پس از رسیدن به ارتفاع مناسب، پرنده وضعیت بالهای خود را تغییر می دهد تا برای سر خوردن سریع مناسب باشد. سپس درامتداد مسیر مستقیم و با کم کردن ارتفاع، سُر می خورد. پس از مدتی پرواز ارتفاع پرنده به تدریج کاهش می یابد و پرنده مجدداً با تکرار پرواز گردشی اوج می گیرد. این عمل چندین بار تکرار می شود و پرنده بدون بال زدن تا مسافت های طولانی پرواز می کند.
د) برخاستن: مهمترین قسمت پرواز برخاستن و فرود است. زیرا برخاستن، به سرعت پرواز و نیروی بالابر کافی برای کنده شدن از زمین نیاز دارد. نیروی بالابر در برخاستن کمترین مقدار را دارد، زیرا سرعت پرنده در این حالت کم است. پرنده ها برای تامین نیروی بالابر برخاستن از روش های مختلفی استفاده می کنند برخی از پرنده ها سریع تر بال می زنند و برخی از نیروی باد استفاده می کنند تعدادی نیز ابتا روی زمین یا آب می دوند تا سرعت لازم را برای برخاستن از زمین به دست آورند.
ه) فرود آمدن: فرود آمدن از برخاستن مشکل تر است. در فرود پرنده باید ابتدا سرعت پروازش را آهسته کند ، سپس پرنده تعداد بال زدن را کم می کند، دم پرنده پهن تر شده و پایین خم می شود و مانند یک ترمز چتری عمل می کند. در این وضعیت نیروی بالابر کاهش یافته در نتیجه نیروی جاذبه زمین پرنده را به پائین خواهد کشید. در این حالت پرنده خیلی سریع به زمین می رسد. و ممکن است سقوط کند؛ بنابراین به آرامی بالهایش را حول شانه می چرخاند و هوا را به سمت جلو و پایین می راند. دراین عمل، علاوه بر اینکه در حرکت به سمت جلو ایجاد ترمز می کند، نیروی بالابر را نیز افزایش می دهد تا پرنده به آرامی فرود بیاید و سقوط نکند.
و) پرواز ایستا: شاید دیده باشید که برخی از پرنده ها می توانند در هوا معلق بمانند( منظور از معلق ماندن این است که که درجا بال می زند اما به سمت جلو یا عقب حرکت نمی کند) به این نوع پرواز، پرواز ایستا می گویند. بالگرد یکی از ساخته های بشر است که پرواز ایستا دارد. تعدادی از حشرات نیز می توانند به صورت ایستا پرواز کنند. اما از میان پرندگان، مرغ مگس خوار از توانایی فوق العاده ای در این پرواز برخوردار است. عکس برداری آهسته از حرکات یک مرغ مگس خوار به وضوح نشان می دهد که در پرواز ایستا، بالها به صورت عمودی قرار دارند و بال زدن به شکل باور نکردنی سریع است. وقتی بال به سمت بالا حرکت می کند به سمت عقب نیز رانده می شود و وقتی پایین می آید به سمت جلو نیز می رود و اندکی به سمت پایین شیب می گیرد. جالب است که حرکت بالها به گونه ای است که نیروی بالابر هم در حرکت بالاسوی و هم در حرکت پایین سوی بال به خوبی تولید می شود. بعضی از کبوتر ها هم به هنگام بلند شدن از زمین تا اندازه ای از این روش استفاده می کنند. قابل ذکر است که پرندگان کوچکی مانند گنجشک و فنج نیز می توانند در مدت زمان کوتاهی پرواز ایستا داشته باشند. همچنین کبوتر ها می توانند عمودی از زمین جدا شوند. نیروهایی که در این پرواز وجود دارند، بسیار پیچیده تر از سایر انواع پرواز هستند.
نتیجه گیری
پرواز پرندگان پیچیدگی های بسیاری دارد اما می توان پرواز را با ساده سازی و بر مبنای قوانینی علمی بررسی کرد. بدیهی است که بدون آگاهی از پرواز پرندگان، بشر نمی توانست به هیچ یک از پیشرفت های امروزی خود در زمینه پرواز دست یابد. پرندگان توانایی و مانورهای پروازی خاصی را دارند که در این مقاله به بعضی از آنها به اختصار پرداخته شد. با اینکه بشر از زمان های بسیار دور به پرواز می اندیشیده است و پرواز از دیر باز بزرگترین آرزوی بشر بوده است، هنوز اصول بعضی از روش های پرواز و مانورهای پرندگان کاملا شناخته نشده است و زمینه تحقیقات هنوز باز است. چگونگی پرواز دسته جمعی پرندگان مهاجر و طی مسافت چند هزار کیلومتری بدون بدون کوچکترین خطا در جهت یابی، از این جمله است. همچنین تمامی جوانب توانایی خارق العاده مرغ مگس خوار در پرواز ایستا کاملا شناخته نشده است. اما بشر از پرواز و مطالعه آن تنها برای ساخت ابزارهای پیچیده پروازی استفاده نمی کند، بلکه در این بین نگاهی نیز به عظمت آفرینش دارد.
پرواز، توانایی است که خداوند با زیبایی هرچه تمام به پرندگان بخشیده و بشر با مشاهده آن لذت می برد و در پس این لذت ذهن کنجکاو بشر چیزی را جستجو می کند!
منبع:
دانشمند، ماهنامه مهر 1387 شماره 540
نوشته خدیجه احمدی و سیامک خدمی (دانشگاه زنجان، گروه فیزیک
مقدمه ای بر فیزیک پرواز پرندگان
لئوناردو داوینچی یکی از اولین مهندسان و طراحان دستگاه های پرنده ای که او طراحی کرد هیچ گاه زمین را ترک نکردند. داوینچی نحستین کسی نبود که سعی کرد انسان را به آرزوی دیرین پرواز برساند. انسان از دیرباز تسلط بر آسمان ها را در صدر آرزوهای طلایی خود قرار داده بود، ولی نخستین اقدام اساسی برای پرواز، از دوره رنسانس شروع شد. فرانسیسکو ملزی نخستین کسی بود که برای پرواز در آسمان تلاش کرد، ولی متاسفانه اسناد معتبری از کارهایی که انجام داد در دسترس نیست. اما طرح های اولیه نابغه بزرگ ایتالیایی لئوناردو داوینچی شروعی برای طراحی هواپیما، بالگرد و چتر نجات و دیگر وسایل پروازی امروزه بود.
شالوده تمام پیشرفت های باور نکردنی بشر از اولین طراحی ساده قرن 15 که داوینچی از پرواز پرندگان الهام گرفته بود ، سرچشمه گرفت. تاریخ علم نشان می دهد، بهترین و کامل ترین اختراعات و پیشرفت های بشری از طبیعت الهام گرفته اند. امروزه با وجود پیشرفت بسیار زیاد بشر در زمینه پرواز، شناخت کامل تر پرواز پرندگان ضروری به نظر می رسد. چرا که هنوز هم پرسش های بسیاری در مورد پرندگان بی جواب مانده است که پاسخ آنها بی شک افق تازه ای در برابر بشر خواهد گشود. پرندگان دارای قدرت تنوع پروازی و قدرت مانور متفاوتی هستند هنوز دستگاه های پرنده ساخت دست بشر توانایی این نوع پرواز را ندارند. در این مقاله به صورت مختصر پرواز پرندگان را از دیدگاه فیزیکی مورد کنکاش قرار می دهیم و تعدادی از روش هایی که پرندگان برای پرواز استفاده می کنند و نیروهای موثر در پرواز را به صورت کلی بررسی خواهیم کرد.
شکل آیرودینامیکی و نیروهای پروازی
اگر با دقت به برش عرضی بال پرندگان توجه کنید شباهتی بین آنها و برش عرضی بال هواپیما مشاهده خواهید کرد. به این شکل از نظر هندسی، شکل آیرودینامیکی می گویند. از ویژگی های مهم جسم آیرودینامیک، مقاومت حرکت بسیار کم آن در مقابل هوا یا آب است. دلیل مشابهت بین سطح مقطع بال هواپیما، پرنده، بدن ماهی و یا قطره باران این است که طبیعت و انسان همیشه به دنبال وضعیتی هستند که کمترین مقاومت را در مقابل حرکت داشته باشند. از مکانیک سیالات آموختیه ایم که در سیالات، نیرو همواره از ناحیه ای با فشار زیاد به ناحیه ای با فشار کم وارد می شود. از قانون برنولی نیز به دست می آید که سرعت زیاد سیال موجب کاهش فشار؛ و سرعن کم سیال موجب افزایش فشار می شود. این وضعیت در حرکت جسم آیرودینامیکی(مانند بال پرنده) در حرکت درون سایل اتفاق می افتد. به علت انحنای بیشتر در بالای بال، هوا مسافت بیشتری را نسبت به زیر بال طی می کند؛ در نتیجه سرعت جریان هوا در بالای بال بیشتر از زیر آن خواهد بود. بنابراین اختلاف فشار بین بالا و زیر بال به وجود می آید، در نتیجه نیروی رو به بالا بر بال پرنده وارد می شود که به آن نیروی بالابر یا نیروی برا می گویند. نیروی بالابر یکی از 4 نیروی مهم در پرواز پرنده است و با رابطه :
fl = ½ cl sw ρ v2
نشان داده می شود که در آن در sw مساحت بال، ρ چگالی سیال، v سرعت نسبی هوا و بال و cl ضریب مقاومت هواست. ضریب cl نیز به نوبه خود به عواملی نظیر شکل و زاویه حمله بال (زاویه ای که بال به هنگام بال زدن با خط افقی می سازد) بستگی دارد. در بالهایی با بهترین بهره این ثابت مقداری حدود 5/1 را دارد. در وضعیت برخاستن و یا در پرواز یکنواخت نیروی بالابر برابر وزن پرنده است. علاوه بر نیروی بالابر، نیروهای دیگری که با حرکت مخالفت می کنند نیز وجود دارند. یکی از این نیروها، نیروی پسا است. این نیرو به نوبه خود به دو نیروی پسای القایی و پسای اصطکاکی تقسیم می شود. نیروی پسای القایی، مانند نیروی بالابر، تنها بر روی بالها اثر می کند؛ در حالی که نیروی پسای اصطکاکی بر تمام بدن پرنده وارد می شود. بر اثر حرکت بالها، حجمی از هوا به سمت پایین رانده می شود. عکس العمل تغییر جهت حرکت هوا، نیروی عمود بر بال است. مولفه عمودی این نیرو، نیروی بالابر و مولفه های افقی آن نیروی پسا را تولید می کند. نیروی پسای القایی با معادله:
fd = ½ cd sw ρ v2
بیان می شود که بسیار شبیه به نیروی بالابر است؛ با این تفاوت که ضریب نیروی بالابر cl ، به شریب نیروی پسای القایی cd تبدیل شده است. نیروی پسای اصطکاکی نیز به دلیل برخورد هوا با قسمت جلوی بدن پرنده به وجود می آید. این نیرو نیز به صورت:
fd = ½ cpd sf ρ v2
است که در آن cpd ضریب نیروی اصطکاکی و sf مساحت سطح مقطع جلوی پرنده است. در سرعت های پایین و زاویه حمله زیاد، پسای اصطکاکی عامل مهمی محسوب می شود. اما در حرکت افقی پسای القایی مهم تر است. نسبت نیروی بالابر بر نیروی پسای القایی کمیتی است که در مطالعه پرواز بسیار مهم است. این عدد اطلاعات خوبی درباره بازده بال، توان پروازی و دیگر عوامل موثر در پرواز به دست می دهد. برای مثال میزان سر خوردن یک پرنده و یا یک گلایدر در هوا ربطی به مساحت بال یا شکل ظاهری پرنده ندارد؛ بلکه نسبت نیروی بالابر به نیروی پسا دارای اهمیت است. مرغ طوفان می تواند با زاویه حمله کوچکی نسبتنیروی بالابر به پسای بزرگی داشته باشد.
انواع پرواز
زیبایی بررسی پرواز پرندگان در بررسی انواع گوناگون پرواز به اوج خود می رسد. مانورهای پروازی پرندگان مختلف پیچیدگی های خاص خود را دارد برخی از پرندگان مجبورند به مدت طولانی پرواز کنند، برخی باید سرعت بسیار زیادی داشته باشند تا بتوانند طعمه خود را شکار کنند. پرندگان مانورهای پروازی گوناگونی را اجرا می کنند. این مانورهای پروازی ممکن است خاص به یک پرنده باشد و یا در میان پرندگان عمومیت داشته باشد در ایتجا چند نمونه عمده و مهم از انواع پرواز به اختصار معرفی شده است.
الف) سر خوردن هوایی: برخی از پرندگان می توانند برای مدتی طولانی بدون بال زدن پرواز کنند. در سر خوردن هوایی توان لازم برای پرواز به وسیله نیروی گرانش تامین می شود و پرنده با باز کردن کامل بال ها در امتداد یک خط مستقیم به سمت جلو یا پایین حرکت می کند مشخص شده است پرندگانی با جثه سنگین تر و بال های کوچکتر سریع تر از پرندگانی با وزن کم و بال های بزرگ سر می خورند. در پرواز عقاب و پرستو ها این نوع پرواز دیده می شود.
ب)پرواز صعودی: اگر در سر خوردن هوایی پرنده بتواند انرژی صعود خود را از جریان های هوایی گرم که به سمت بالا می روند، کسب کند، می تواند بدون بال زدن ارتفاع خود را افزایش دهد. این جریان های هوایی معمولا در کنار صخره ها یا کوه ها یا منابع گرمایی زمینی مانند کارخانجات وجود دارند. پرندگانی مانند کلاغ، مرغ نوروزی، مرغ ماهی خوار و تعداد از پرندگان شکاری از این روش جهت صعود استفاده می کنند. کایت ها و گلایدر ها نیز نیروی لازم جهت اوج گیری را از این جریان های هوایی کسب می کنند. به عبارت دیگر، در طراحی و ساخت این وسایل از پرواز پرنده الگو گرفته شده است.
ج) پرواز گردشی: پرواز صعودی کرکس ها و بعضی از پرندگان مشابه به طور معمول از دو مرحله تشکیل شده است: دور زدن و سر خوردن. در مرحله دور زدن، پرنده دایره یا حلقه هایی را با افزایش مداوم ارتفاع طی می کند. در این مرحله، پرنده بالهای خود را کاملا باز می کند همچنان که پرنده در مسیر های دایره ای حرکت می کند، بالها به سمت مرکز دایره تمایل داده می شوند تا یک نیروی جانب مرکز ایجاد شود. اگر مولفه افقی جریان باد نیز وجود داشته باشد موجب افزایش ارتفاع پرنده می شود. پس از رسیدن به ارتفاع مناسب، پرنده وضعیت بالهای خود را تغییر می دهد تا برای سر خوردن سریع مناسب باشد. سپس درامتداد مسیر مستقیم و با کم کردن ارتفاع، سُر می خورد. پس از مدتی پرواز ارتفاع پرنده به تدریج کاهش می یابد و پرنده مجدداً با تکرار پرواز گردشی اوج می گیرد. این عمل چندین بار تکرار می شود و پرنده بدون بال زدن تا مسافت های طولانی پرواز می کند.
د) برخاستن: مهمترین قسمت پرواز برخاستن و فرود است. زیرا برخاستن، به سرعت پرواز و نیروی بالابر کافی برای کنده شدن از زمین نیاز دارد. نیروی بالابر در برخاستن کمترین مقدار را دارد، زیرا سرعت پرنده در این حالت کم است. پرنده ها برای تامین نیروی بالابر برخاستن از روش های مختلفی استفاده می کنند برخی از پرنده ها سریع تر بال می زنند و برخی از نیروی باد استفاده می کنند تعدادی نیز ابتا روی زمین یا آب می دوند تا سرعت لازم را برای برخاستن از زمین به دست آورند.
ه) فرود آمدن: فرود آمدن از برخاستن مشکل تر است. در فرود پرنده باید ابتدا سرعت پروازش را آهسته کند ، سپس پرنده تعداد بال زدن را کم می کند، دم پرنده پهن تر شده و پایین خم می شود و مانند یک ترمز چتری عمل می کند. در این وضعیت نیروی بالابر کاهش یافته در نتیجه نیروی جاذبه زمین پرنده را به پائین خواهد کشید. در این حالت پرنده خیلی سریع به زمین می رسد. و ممکن است سقوط کند؛ بنابراین به آرامی بالهایش را حول شانه می چرخاند و هوا را به سمت جلو و پایین می راند. دراین عمل، علاوه بر اینکه در حرکت به سمت جلو ایجاد ترمز می کند، نیروی بالابر را نیز افزایش می دهد تا پرنده به آرامی فرود بیاید و سقوط نکند.
و) پرواز ایستا: شاید دیده باشید که برخی از پرنده ها می توانند در هوا معلق بمانند( منظور از معلق ماندن این است که که درجا بال می زند اما به سمت جلو یا عقب حرکت نمی کند) به این نوع پرواز، پرواز ایستا می گویند. بالگرد یکی از ساخته های بشر است که پرواز ایستا دارد. تعدادی از حشرات نیز می توانند به صورت ایستا پرواز کنند. اما از میان پرندگان، مرغ مگس خوار از توانایی فوق العاده ای در این پرواز برخوردار است. عکس برداری آهسته از حرکات یک مرغ مگس خوار به وضوح نشان می دهد که در پرواز ایستا، بالها به صورت عمودی قرار دارند و بال زدن به شکل باور نکردنی سریع است. وقتی بال به سمت بالا حرکت می کند به سمت عقب نیز رانده می شود و وقتی پایین می آید به سمت جلو نیز می رود و اندکی به سمت پایین شیب می گیرد. جالب است که حرکت بالها به گونه ای است که نیروی بالابر هم در حرکت بالاسوی و هم در حرکت پایین سوی بال به خوبی تولید می شود. بعضی از کبوتر ها هم به هنگام بلند شدن از زمین تا اندازه ای از این روش استفاده می کنند. قابل ذکر است که پرندگان کوچکی مانند گنجشک و فنج نیز می توانند در مدت زمان کوتاهی پرواز ایستا داشته باشند. همچنین کبوتر ها می توانند عمودی از زمین جدا شوند. نیروهایی که در این پرواز وجود دارند، بسیار پیچیده تر از سایر انواع پرواز هستند.
نتیجه گیری
پرواز پرندگان پیچیدگی های بسیاری دارد اما می توان پرواز را با ساده سازی و بر مبنای قوانینی علمی بررسی کرد. بدیهی است که بدون آگاهی از پرواز پرندگان، بشر نمی توانست به هیچ یک از پیشرفت های امروزی خود در زمینه پرواز دست یابد. پرندگان توانایی و مانورهای پروازی خاصی را دارند که در این مقاله به بعضی از آنها به اختصار پرداخته شد. با اینکه بشر از زمان های بسیار دور به پرواز می اندیشیده است و پرواز از دیر باز بزرگترین آرزوی بشر بوده است، هنوز اصول بعضی از روش های پرواز و مانورهای پرندگان کاملا شناخته نشده است و زمینه تحقیقات هنوز باز است. چگونگی پرواز دسته جمعی پرندگان مهاجر و طی مسافت چند هزار کیلومتری بدون بدون کوچکترین خطا در جهت یابی، از این جمله است. همچنین تمامی جوانب توانایی خارق العاده مرغ مگس خوار در پرواز ایستا کاملا شناخته نشده است. اما بشر از پرواز و مطالعه آن تنها برای ساخت ابزارهای پیچیده پروازی استفاده نمی کند، بلکه در این بین نگاهی نیز به عظمت آفرینش دارد.
پرواز، توانایی است که خداوند با زیبایی هرچه تمام به پرندگان بخشیده و بشر با مشاهده آن لذت می برد و در پس این لذت ذهن کنجکاو بشر چیزی را جستجو می کند!
منبع:
دانشمند، ماهنامه مهر 1387 شماره 540
نوشته خدیجه احمدی و سیامک خدمی (دانشگاه زنجان، گروه فیزیک