Fuglehåndbogen på Nettet (BBJ) (vs.1.6: ) Flyvning

Transkript

1 Flyvning Meget overordnet kan flyvning inddeles i tre typer, to passive og en aktiv: Faldskærmsflyvning (passiv) o I princippet er det en lodret bevægelse, selvom vind forårsager en horisontal komponent også Princippet udnyttes bl.a. af planter, når de skal sprede deres frø (f.eks. mælkebøtter) og f.eks. nogle regnskovsfrøer der bruger svømmehuden imellem tæerne som faldskærme. Glide eller svæveflyvning (passiv) o Passiv glide eller svæveflyvning med en lodret såvel som horisontal komponent Princippet udnyttes af flere dyregrupper. Hos pattedyrene f.eks. flyveegern, der har hudfolder spændt ud imellem lemmerne. Hos krybdyr nogle agamer og gekkoer, samt den flyvende drage (Drago volans), der har forlængede ribben, som kan spiles ud og danne vinger. Hos fisk har flyvefisken omdannet sidefinnerne til små vinger, der tillader den at svæve et stykke hen over vandet. Selv hos bløddyrene findes der eksempler på passiv svæveflyvning, blæksprutter bevæger sig ved at presse vand ud af kappehulen, og en ottearmet blæksprutteart (i Stillehavet) kan udsende så kraftig en jetstrøm af vand, at den nærmest som en raket kan nå op over vandoverfladen, hvor den breder finner og arme ud som en slags vinger, og kan svæve op til 3 sekunder over vandoverfladen. Mange af de store fugle som f.eks. gribbe, ørne og våger bruger i stor udstrækning glide og svæveflyvning, selvom de også kan flyve aktivt. Aktiv flyvning (vingeslag) o Aktiv flugt ved brug af vinger, der drives af dyrets egen muskelkraft Der er kun tre dyregrupper der betjener sig af aktiv flyvning. Den største dyregruppe overhovedet, insekterne, flagermusene hos pattedyrene og fuglene, som med få undtagelser som strudse, kiwier, nogle få vandhønsearter og en enkelt andeart alle kan flyve aktivt. Jeg har taget pingvinerne med som flyvende fugle, selvom de ikke flyver i luft, men i vand, så fungerer fremdriften på samme måde. De slipper dog de for at skulle bruge energi på at overvinde tyngdekraften. Den flyvende fugl skal overkomme to ting, dels skal den skabe opdrift for at holde sig i luften, dels skal den producere den kraft der skal bringe den fremad. Ved glideflugt/svævning udnytter fuglen den energi der er

2 i opvinde, det kan være termiske (når jordoverfladen opvarmes og der kommer en opadgående luftstrøm) eller dynamiske (når vinden rammer en bjergvæg, klint eller skovbryn og tvinges opad). Ved aktiv flugt anvender den sin muskelkraft til med vingeslag at rette luftstrømmen nedad, hvorved der dannes hvirvler langs bagkanten af vingen, som presser den fremad, og på den måde skabe løft og fremdrift. De følgende illustrationer skitserer de forskellige situationer. Skitse af de kræfter der virker under flyvning Løft Når en fugl flyver er der to kræfter der skal overvindes. Den ene er tyngdekraften, som giver sig udtryk i fuglens vægt, ændrer fuglen ikke højde, er de to kræfter ens. Luftmodstand/sug Vægt (tyngdekraft) Fremdrift Den anden er den vindmodstand den møder når den bevæger sig fremad. Bevæger fuglen sig i konstant tempo er fremdrift og modstandskræfterne ens. Overstiger fremdrift luftmodstanden, kan den omsættes til øget hastighed eller til at vinde højde. Omvendt hvis fremdriften er mindre en modstanden vil fuglen enten flyve langsommere eller tabe højde. Et særtilfælde er passiv glideflugt, hvor hovedmotoren (brystmusklerne) er slået fra. Her vil fuglen tabe højde hvis der ikke er opvinde i form af termik eller andre opadgående vinde. Højdetabet afhænger af forholdet imellem fuglens vægt og vingearealet samt vingens facon. Generelt gælder det, at jo lavere vægt og jo større vingeareal jo mindre højdetab. Flyvning baserer sig grundlæggende på trykforskelle. Fuglehåndbogen på nettet Illustrationen neden for viser hvorledes der skabes opdrift og fremdrift ved aktiv flugt, ved at der skabes trykforskelle imellem forsiden og bagsiden af vingen, som udnyttes til at skabe fremdriften. Løft som skyldes at luftstrømmen er hurtigere over vingen (orange pile) end under vingen (grønne pile), og at lufttrykket over vingen dermed er lavere end under vingen og skaber det løft der fuglen presser opad. Den største del af skabes over armen. Aktiv flugt Aerodynamikken omkring aktiv flyvning er meget kompliceret, og detaljerne om hvordan fremdriften skabes undersøges stadigvæk. Det skyldes, at vingen er en meget fleksibel, og at den under en vingecyklus kontinuert ændrer form, så matematikken ikke er helt ligetil. Ved aktiv flyvning er der to kræfter der skal overvindes, dels tyngdekraften for at holde fuglen i luften, og dels modstanden der opstår når fuglen bevæger sig fremad. Tyngdekraften overvindes ved at luftstrømmen over vingen, på grund af dens facon, er hurtigere end under vingen, og da der derfor er færre luftmolekyler over vingen end under vingen opstår der et undertryk over vingen og fuglen presses opad og holdes i luften. Det er fortrinsvis over armen at løftet skabes. Ved aktiv flyvning bevæger vingen sig fremad og nedad og håndsvingfjerene danner en fremadrettet skrå flade, hvor trykket, i flyveretningen på forsiden af hånden, på grund af vingeslaget, bliver lavere end på bagsiden af vingen, og fuglen presses derved fremad. Den fremadrettede kraft der skabes over hånden er markeret med en grøn pil. Fremdriften skabes ved at vingen når den føres nedad også danner en skråt fremadrettet flade, hvor trykket på forsiden bliver lavere end på bagsiden og danner en skråt opadrettet kraft, der dels bidrager til løft, men også er den kraft der bevæger fuglen fremad, idet det højere tryk på bagsiden presser fuglen fremad. Svingfjerene er taglagte, så de ikke adskilles undernedslaget, men lader luften passere under opslaget. I princippet fungerer det som ved brystsvømning, hvor hånden og armen på samme måde skaber et undertryk i svømmeretningen og hvorved overtrykket bag ved presser kroppen fremad. Når vingen løftes åbnes mellemrummene imellem svingfjerene, så der ikke opstår undertryk under vingen, og som ville presse fuglen nedad. Det er markeret med pile. Fuglehåndbogen på nettet 2

3 Når fuglene flyver, altså bevæger sig igennem luften, vil der opstå en vindmodstand. Der er to hovedformer for vindmodstand, induceret modstand, der opstår når fuglen tager højde og bevæger sig fremad. Den inducerede modstand aftager med flyvehastigheden. Den er forårsaget af tre hovedkomponenter: Dels stigningsvinklen, jo stejlere fuglens vinkel er i forhold til vindretningen, jo mere modstand. Den opstår på grund af den turbulens der opstår når vingen presser luftstrømmen nedad, og jo stejlere angrebsvinkel jo mere turbulens. Dels forholdet imellem vingefanget (VF) og vingens gennemsnitlige bredde (VB m). Modstanden er forårsaget af den turbulens der opstår omkring vingespidserne (trykket er lavere over vingen end under vingen, og luften under vingen vil derfor ved vingespidserne, bevæge sig fra undersiden til oversiden). I fagsprog kaldes forholdet Aspect Ratio (AR), og defineres som vingefanget (VF) divideret med den gennemsnitlige vingebredde (VB m) AR = VF/VB m. Det vil sige, at lange smalle vinger giver mindre modstand end kortere og bredere vinger. De bedste og hurtigste flyvere er derfor også fugle med lange, smalle og tilspidsede vinger som f.eks. mursejlere og stormfugle som mallemukker og albatrosser. Den tredje modstandsfaktor er de hvirvler der opstår, særligt ved vingespidserne. Trykket er lavere over vingen end under vingen, og luften under vingen søger derfor ved vingespidserne op over vingen hvor trykket er lavere (hvilket holder fuglen i luften). Jo bredere vingespidserne er, jo større hvirveldannelse. Vågernes og ørnenes brede vinger giver derfor stor luftmodstand (se figur neden for), men en stor del af deres flyvning baserer sig også på svævning i opadgående luftstrømme ( fingrene, de yderste håndsvingfjers spidser mindsker i øvrigt hvirveldannelse og dermed vindmodstanden). Det svarer til de småvinger (den opadbøjede spids yderst på vingen) der ses på moderne fly. Induceret modstand Profilmodstand Vingebredde (VB) AR = VF/VB m Modstand når luften rammer fuglen Gnidningsmodstand når luft passerer tæt på fuglens krop og vinger Vingefang (VF) Luftmodstand Når fuglen bevæger sig fremad i luften vil der opstå vindmodstand, en kraft dr virker modsat bevægelsesretningen (sorte pile). Der er to hovedkomponenter, induceret luftmodstand og profilmodstand: Induceret luftmodstand, der opstår når fuglen skal vinde højde, den og afhænger bevæger sig af fremad, flere ting: den afhænger af flere ting: Stigningsvinklen ( ), jo stejlere, jo mere modstand Forholdet imellem vingefanget og vingens gennemsnitlige (VB m ) bredde (Aspect Ratio (AR)). Jo større AR jo mindre modstand. Lange og smalle vinger giver således mindst modstand. Hvirvler ( ) der opstår ved vingespidserne og bag vinger/hale Profilmodstand, afhænger af to ting: Gnidningsmodstanden som luften møder når den passerer overfladen af vingen og kroppen, jo mere ujævn, jo mere modstand. ( ) Fuglens facon, jo mere strømliniet, jo mindre modstand. ( ) Den inducerede luftmodstand aftager med flyvehastigheden, men profilmodstanden tiltager med flyvehastigheden. Undertiden opdeles profilmodstanden i Profilmodstand = modstand forårsaget af vingerne Parasitmodstand = modstand forårsaget af resten af kroppen, hovedet, halen etc. Den anden hovedform er profilmodstanden, der forårsages af to komponenter: Gnidningsmodstanden mod fjerdragten. Jo mere ujævn og ru, jo mere modstand Den luft der direkte rammer fuglen når den flyver. Jo mere strømliniet, jo mindre modstand. 3

4 Illustrationen viser en situation med glideflugt, hvor reduceret tryk over vingen og den nedadgående luftstrøm skabt af vingen giver løft og fremdrift. Det er enten termiske eller dynamiske opvinde der bidrager med energien til at holde fuglen i luften og give den fremdrift. Princippet i svæveflyvning Når en fugle glider/svæver, bliver den holdt oppe af trykforskellen imellem undersiden og oversiden. Trykforskellen, som kaldes Bernouillieffekten efter matematikeren Daniel Bernouilli, skyldes, at luften på grund af vingens form bevæger sig hurtigere hen over oversiden end undersiden. Der vil således være færre luftmolekyler over vingen end under vingen, og det medfører igen, at trykket er lavere over vingen end under vingen. Det er illustreret ved at der er flere små pile under end over spurvehøgens vinge. Desuden er den hvirvel der opstår bag vingen indikeret. Løft Zone med reduceret tryk Tyngdekraft (vægt) Når de to pile (de virkende kræfter) er lige store, holder fuglen sig svævende i samme højde. Det er vingeprofilen der er årsag til at lufthastigheden er hurtigere på oversiden af vingen end på undersiden, og derved skaber en trykforskel med lavest tryk på oversiden. Den blå cirkelpil illustrerer den turbulens der opstår når luften ved vingespidserne søger op mod det lavere tryk på vingens overside, og det skaber et sug. Illustrationen på næste side viser hvor effektive forskellige fuglearter er til glide/svæveflyvning. Som det fremgår spiller størrelsen (vægten) en stor rolle, ligesom vingens opbygning og areal er af stor betydning. Vandrealbatrossen der udnytter de dynamiske opvinde, når vinden bliver presset i vejret når den rammer bølgerne har et meget langt (vingefang op mod 3,5 m) og smalle aerodynamiske vinger. Rovfugle som våger, ørne og gribbe udnytter både de dynamiske opvinde langs bjergkamme og skovbryn etc. samt termiske opvinde der opstår når jordoverfladen bliver opvarmet. De har alle forholdsvis lange og brede vinger, velegnet til at udnytte energien i de termiske opadgående luftstrømme. To arter i hver sin ende af størrelsesspektret, og også svæve glidespektret. Havørnen er en ganske ferme svæveflyver, og kan glide ca. 5 meter, for hver tabt højdemeter. Blåmejsen derimod ligger på kun 3-4 meters glideflugt for hver tabt højdemeter. 4

5 Højdetab i meter Mange store fugle, som albatrosser og rovfugle anvender svæve glideflugt for at spare muskelkraft og energi. Figuren her under viser M Højdetab ved glideflugt (hvor langt fuglen kan nå ved et højdetab på én meter) Mange fuglearter anvender glideflugt, hvor muligt, nogle for at spare energi på længere rejser, f.eks. Våger. For andre, som f.eks. Gribbe der anvender termiske opvinde og albatrosser, som udnytter vindens dynamiske effekt, er det simpelthen måden de flyver på. m Gåsegrib Albatros Tårnfalk Hvid stork Musvåge Hedehøg Kongeørn Havørn Stær Landsvale Gråspurv Gærdesmutte M Distance (meter) gledet ved tab af én meter i højde (vindstille og uden opvinde) Fuglehåndbogen på nettet Grafisk illustration af svæve glideflyvning i forhold til fuglenes bygning. Glide/svæveflyvning er beskrevet mere detaljeret i artiklen om Fuglenes termik og dynamisk effekt af vinden. Kongeørn 4 m Musvåge m Tårnfalk 0 m Stær 7 m Svæve - glideflyvning Glideratioen (tilbagelagt vandret afstand ved tab af én højdemeter uden vindeffekt dvs. stille vejr) er afhængig af flere ting, form, vingeareal, vingeform, størrelse og forholdet imellem vægt og vingeareal. Som det fremgår kan store fugle glide generelt glide længere end mindre fugle. Rekorden (ikke afbildet her) har vandrealbatrossen, der kan glide hele 26 m ved én meters højdetab. Svæve og glideflugt anvendes, frem for aktiv flyvning, i stor udstrækning af de store bredvingede rovfugle, som bl.a. Benytter de termiske opvinde til at vinde højde, for på den måde at spare muskelkraft og energi. Termisk opvind Fuglehåndbogen på Nettet 5

6 Illustrationen herunder viser de hvirvler og turbulens der skabes ved vingespidserne når en fugl bevæger sig igennem luften. Større fugle der flyver i flok kan udnytte energien i de opadgående luftstrømme bag en foran flyvende fugl. Eksempler med eremitibisser og gæs er vist i følgende illustrationer Bag vingespidserne opstår der turbulenshvirvler, hvor luften med det højere tryk under vingen vil søge op på oversiden af vingen med det lavere lufttryk. Hvis fuglen glider uden at bevæge vingerne vil der dannes en kanal bagud med opadgående luftstrømme på ydersiden af vingespidsen, men nedadgående luftstrømmeunder vingen og kroppen. De opadgående luftstrømme fra vingespidsen og udad udnyttes af bagved flyvende fugle, der lægger sig ud for den foran flyvende fugle vingespids og de kendte V-formation i flokke af større fugle opstår. Flyver fuglene aktivt med vingeslag vil der opstå en bølgebevægelse bagved fuglen, som det er illustreret i de to næstfølgende illustrationer for grågæs og ibisser. Cirkelpilene angiver turbulenshvirvlerne ved vingespidserne, og pilene nederst angiver luftstrømmens retning og styrke. Styrken er størst lige omkring vingespidsen. Blå opadgående og orange nedadgående luftstrøm Udnyttelse af turbulens eller bølge af op og nedgående luftstrøm der skabes af foran flyvende fugle. Det ses typisk hos store tunge fugle, f.eks. gæs og svaner, som vi kender for deres karakteristisk V-forms flugt. De følgende to figurer viser hvorledes de udnytter effekten. Energibesparelse ved flyvning i V-formation Mange store fugle flyver i V-formation. Der kan være flere årsager, men det er med stor sandsynlighed vist, at energibesparelse er den vigtigste årsag, for de fugle der flyver bag ved en anden fugl. De kan drage nytte af den turbulens der opstår fra den foran flyvende fugl. Når en fugl slår vingerne nedad, presses luften også nedad (grøn pil), og det giver det løft der holder fuglen oppe. Der sker dog også det, at luften der bliver presset nedad vil søge tilbage over vingespidsen (røde pile). Samtidigt skaber det en turbulens (som i øvrigt også skaber et sug eller modstand som fuglen skal overvinde). Turbulensen som er illustreret med de lyse og mørke pile skaber en stående bølge med henholdsvis opadgående og nedadgående luftstrømme bag ved den foran flyvende fugl. Det har vist sig ved studier af ibisser, at fuglene der flyver bagved fortrinsvis placerer sig ud for den foran flyvende fugls vingespids, og i en afstand der svare til en halv eller hel bølgelængde i den stående bølge. Fugle der flyver i en bølgelængdeafstand flyver i samme takt som førerfuglen og udnytter derved den opadgående luftstrøm. Fugle der flyver lige bag en foran flyvende fugl flyver i utakt for at undgå den nedadgående luftstrøm i vingenedslaget. I takt Opadgående luftstrøm I utakt Bølgelængde Nedadgående luftstrøm Når fuglen slår vingerne nedad, presses luften nedad (grønne pil), men bevæger sig tilbage over vingen (røde pile), og ved vingespidsen opstår der turbulens (lyse og mørke pile) der skaber en stående bølge bag ved vingespidsen. Fuglehåndbogen på nettet 6

7 V eller kileformsflyvning hos eremitibis der viser, hvorledes de bagved flyvende fugle udnytter energien i turbulensen ud for den foran flyvende fugls vingespids. Større fugle fugle som som gæs, gæs, svaner svaner og traner og traner flyver flyver meget ofte meget i kileform. ofte i kileform. Hovedårsagen Hovedårsagen skal søges i den skal søges energibesparelse, i den der ligger der i, at ligger anvende i at den anvende opadgående den opvind del der af opstår turbulensen i kølvandet der kommer på den i foran kølvandet flyvende fra fugl. den Når foran den flyvende foran flyvende fugl. Den fugle slår mekanisme der holder fuglen i luften er, at trykket vingen nedad, presser den også luften nedad, over fuglen er lavere end trykket under fuglen. Luft søger den nedadpressede hen imod lavere tryk, luft vil og vil dog derfor søge bevæge tilbage sig op over over vingen vingen. og vingespidsen. Derved opstår For den fugle en stående i glideflugt bølge vil der af bag opadgående fuglene opstå og en ensartet nedadgående opadgående luftstrømme. luftstrøm, Hvis men den for fugle bagved der flyver flyvende aktivt, fugl vil lægger der med sig vingeslagene bag ved vingespidsen opstå en bølgebevægelse af den foran flyvende, af skiftende og opadgående i afstand og af nedadgående luftstrømme, som vist på tegningen svingningens bølgelængde, vil den kunne til højre. De udnytte bagved energien flyvende fugle i den lægger opadgående sig i en vis luftstrøm. afstand og Det vinkel viser bag sig den da foran også flyvende at bagved fugl, ud flyvende for vingespidsen fugle fortrinsvis (hos eremitibis, lægger sig som i en er fast vist afstand her er og vinklen vinkel på 45 )*45 (Portugal (hos SJ, et eremitibis al. (204) Upwash i forhold exploitation... til den Nature 505(7483): ) foran flyvende fugl) og man får den kendte V- Det giver den kendte V-formationsflyvning fra. F.eks. formation gæs. som man ser hos gæs og ænder, og Energibesparelsen andre store fugle ligger der flyver teoretisk, i flok. hvisat fuglene der er kan holde energi den at præcise spare har vinkel man ogvist afstand, ved omkring at måle 50%, men pulsen I praksis på flyvende nok i området pelikaner, 0-20%. hvor de bagved Det flyvende er svært, fugle at lave havde direkte lavere målinger, puls end men den man foran har hos flyvende. pelikaner Fugle målt, der at pulsen flyver er i den betydeligt optimale lavere hos bagved flyvende individer i forhold til det afstand og vinkel flyver således i takt førende individ. Fuglene Mørkegrønne skifter position, fugle med og afhængigt den foran af flyvende flokstørrelse fugl, hvor fugle deltager udenfor proportionalt den optimale i afstand førererrollen, og vinkel flyver i utakt (lyse fugle). V- eller kileformsflyvning og energibesparelse eremitibis som eksempel De De mørkegrønne fugle lægger sig sig ud ud for for vingespidsen af den af fuglen foran foran, flyvende det fugl, giver hvilket den karakteristiske giver den karakteristiske V- V-formation formation. Vinklen med afhænger vinkel hos af *eremitibis fuglenes størrelse på ca. 45 og imellem vingelængde, fuglene. og Vinklen varierer afhænger fra art til af art. fuglens størrelse og Flyver vingelængde, i den rigtige og er forskellig afstand og fra vinkel art til passer art. Fuglene, deres der nedadgående flyver bagved vingeslag førerfuglen med (helt den opadgående mørke fugl), flyver i takt luftstrøm med denne, fra fuglen og opnår foran, derved og sparer en energibesparelse derved ved energi. at de Ligger slår vingerne en fugl udenfor nedad i den opadgående optimale vinkel og luftstrøm, afstand er som vingeslaget angivet på i utakt, figuren men ved en placeringen fugl bagved i bølgetoppen. kan benytte turbulensen Ligger fugl fra udenfor dette individ. denne ideelle placering er dens vingeslag i utakt, men en bagved liggende fugle kan så udnytte bølgen skab af denne. Det kan ses at den bagerste lyse fugl når ind i bølgetoppen når den skal slå vingen nedad. *45 De lodrette sorte og og gule gule linjer indikerer vingernes op op og nedslag i forhold til og nedslag forhold til bølgernes faser bølgernes faser Fuglehåndbogen på nettet Allerede Aristoteles nedskrev i sine observationer at større fugle fløj i V-formation, og han tillagde det en hierarkisk betydning, således, at det var den dominerende fugl i flokken der altid fløj forrest. Cicero, i århundredet før vor tidsregning, noterede sig, at individerne regelmæssigt skiftede plads, og at det sandsynligvis var for at hvile sig, at individerne skiftede til pladser bag ved. Han drev dog sine observationer lidt for langt, idet han hævdede, at de bagved flyvende individer undertiden hvilede deres hoveder på ryggen af de foran flyvende fugle. Fugle af forskellig størrelse og bygning flyver med forskellige hastigheder, generelt set flyver større fugle hurtigere end mindre fugle. Det skyldes først og fremmest de aerodynamiske betingelser. Fuglenes evne til at være luftbårne afhænger i høj grad af to ting fuglens vægt og fuglens vingeareal, en højere vægt kræver et større vingeareal, alt andet lige. Nu er det sådan, at arealer vokser med kvadratet, dvs. hvis man øger siden på et kvadrat fra f.eks. 2 cm til 4 cm øges arealet fra 4 til 6 cm₂, altså 4 gange. Tager man en terning og øger sidelængden fra 2 til 4 cm, vokser volumen imidlertid til 32 cm³, altså 8 gange. Det vil sige at en fugl der er dobbelt så stor som en anden har et vingeareal der er fire gange så stort (hvis den er bygget på samme måde) men et volumen der er 8 gange større, og vægten er direkte proportional til volumen, så den er også 8 gange højere. Som et eksempel kan vi sammenligne stær, ringdue og grågås. En stær som har et vingefang på 40 cm, og en ringdue der har det dobbelte vingefang. Som man kan se i nedenstående tabel øges vægten forholdsvis mere hos ringduen, og belastningen på vingen stiger fra 0,33 g/cm² til 0,57 g/cm², og går vi videre til en grågås øges belastningen til over g/cm². Det indikerer videre, at de større fugle skal bruge relativt mere kraft for at holde sig i luften end mindre fugle. 7

8 Flyvehastighedens afhængighed af størrelse/vægt *Beregnet Vingefang Vingeareal Vægt V/VA hastighed (cm) (VA) (cm²) (V) (g) (g/cm²) (km/t) **Observeret hastighed (km/t) Art Stær , Ringdue , Grågås , *Beregnet hastighed for laveste energiforbrug **Flyvehastighed observeret (med radar) for trækkende fugle Flyvehastigheden er typisk afhængig af fuglens størrelse og vægt, således at de tungeste fugle flyver hurtigst. Hastigheden er også afhængig af fuglens form og vingebygning. Som det fremgår har de mindre fuglearter et større råderum end store fugle, som stort set altid flyver med samme hastighed. Den kraft der holder fuglen i luften kommer som nævnt fra den mængde af luft, som passerer forbi vingen, og jo hurtigere fuglen flyver, jo mere luft passerer forbi vingen, som fuglen så ved sin muskelkraft og vingeslag (og vingeprofil) kan dirigere nedad, for at give løft og fremdrift. Jo større og tungere fugl, jo mere kraft skal der til og derfor er, alt andet holdt lige, hastigheden afgørende, og større og tungere fugle flyver derfor hurtigere en mindre og lettere fugle. De store fugle kunne som alternativ øge vingens størrelse og dermed vingearealet, men her spiller andre ting ind, f.eks. mekanisk styrke af vingerne. Der er grænser for hvor lange og brede vingerne i praksis kan blive. I forhold til en stær, ville en grågås relativt set skulle tredoble sit vingeareal, til ca. m², enten ved at gøre dem længer eller bredere, men ingen af delene ville være særligt praktiske, når grågåsen skal lette fra vandoverfladen, er det nok tæt på det umulige. Som det fremgår af tabellen, er den flyvehastighed fuglene praktiserer når de flyver de lange distancer på træk, noget højere end hastigheden der pr. tidsenhed er den mest økonomiske. Det hænger sammen med, at det på trækket nok gælder om at komme hurtigst fra et sted til det næste, og her er det mest økonomisk at flyve hurtigere (se nedenfor). En anden ting som fremgår af tabellen er, at de større og tungere fugle ikke øger hastigheden så meget som de mindre fugle. Det skyldes, at de større fugle ligger tættere på den øvre grænse for den kraft de rent fysiologisk kan præstere, og de har derfor mindre fleksibilitet i valg af flyvehastighed. Flyvehastigheder i luft for en række fuglearter (målt med radar) De angivne hastighedsintervaller er målt for fugle som flyver på træk, eller andre længere distancer. De kan betragtes som marchhastigheder, som ligger tæt på det niveau som giver den længste flyvedistance i forhold til energiforbrug. Det er ikke nødvendigvis den hastighed som de anvender i deres daglige gøren og laden, og som i mange tilfælde ligger lavere, men også højere f.eks. rovfugle på jagt. Det er hastighederne de bevæger sig med igennem luften, ikke over jorden, som jo vil være afhængig af med, mod eller sidevind. Fiskehejre, hvepsevåge, sort glente, rød glente, havørn, ådselgrib, Knopsvane, blisgås, musvåge lille skrigeørn, gravand, kongeørn, fiskeørn, Sølvhejre, purpurhejre, kongeederfugl, hvid Pibesvane, sangsvane, aftenfalk, lærkefalk, Pibeand, krikand, rærdrum, rørhøg, blå vandrefalk, vibe, hvidklire, pelikan, skarv, stor sædgås, grågås, spidsand, troldand, kærhøg, steppehøg, odinshane, thorshane, flamingo, sort og hvid canadagås, bramgås, bjergand, stellerand, hedehøg, spurvehøg, lille kjove, dværgmåge, stork, skestork, plettet knortegås, gråand, havlit, sortand, fjeldvåge, tårnfalk, hættemåge, stormmåge, rørvagtel, trane, ederfugl, rødstrubet fløjlsand, hvinand, tinksmed, mursejler, sildemåge, strandskade, alm. Ryle, lom, sortstrubet lom, gråsejler, hedelærke, Sølvmåge, gråmåge, toppet skallesluger, småspove, storspove, hvidnæbbet lom, landsvale, bysvale, svartbag, ride, hvidvinget stor skallesluger, stor stenvender, stranhjejle, terne, alpesejler, biæder, præstekrave, islandsk engpiber, sortmejse, mellemkjove, alm. dobbeltbekkasin, lille digesvale, skovpiber, gul ryle, *taffeland skovskade og hvid vipstjert, Kjove, huldue, ringdue, kobbersneppe jernspurv, stenpikker, sanglærke, vindrossel, sangdrossel, ravn, stær, tornirisk misteldrossel, musvit, allike, råge, sortkrage (*85) Hastighed (luft) km/t Fuglehåndbogen på nettet Som der er indikeret ovenfor er flyveeffektiviteten afhængig af fuglens størrelse og flyvehastighed. Figuren på næste side illustrerer hvorledes der er en optimal flyvehastighed, hvor energiforbruget er lavest. Flyver 8

9 Energiforbrug pr. afstand eller tidsenhed fuglen langsommere er vindhastigheden forbi vingen lavere, og som beskrevet ovenfor er det mængden af luft der passerer vingen der bestemmer løftkraften. For at holde sig i luften må fuglen derfor sørge for, ved hurtigere vingeslag at tilstrækkelige mængder luft passerer, hvilket igen øger energiforbruget og sænker effektiviteten. Når der her tales om hastighed er det hastigheden i luft ikke over land/hav. Effektiviteten er forskellig, alt efter om man betragter energien brugt pr. tidsenhed eller energien brugt pr. afstandsenhed. Det er skitseret i illustrationen på næste side. Flyveeffektivitet E n e r g i F o r b r u g / A f S t a n d Mest økonomiske hastighed udregnet i forhold til tidsforbrug Flyvehastighed (km/t) Mest økonomiske hastighed udregnet i forhold til afstand Fuglene flyver Flyveeffektivitet ikke lige effektivt (energi/afstand) ved alle hastigheder. Fuglene Der er to flyver forskellige ikke måder lige effektivt at måle det ved på, alle dels den energimæssige optimale hastighed pr. tidsenhed, og hastigheder. Der er en hastighed, hvor dels den der er mest optimal med hensyn til afstand. Fuglens energiforbruget størrelse og pr. bygning fløjet distance spiller også er en lavest væsentlig ( ), rolle. den hastighed hvor fuglen kan nå længst med et Drejer givet energiforbrug det sig om afstand Hastigheden ligger optimale er hastighed for størrelsesafhængig, småfugle som mejser men og lærker vingebygning på omkring og fuglens km/t. morfologi For lidt i det større hele fugle taget som har f.eks. også Drosler stor og mindre vadefugle betydning. ligger hastigheden lidt højere i området km/t. For nogle arter f.eks. Musvåger, der i stor For mindre spurvefugle som udstrækning benytter sig af svæve og glideflugt ligger den mejser, imidlertid lærker ofte og lavere. vipstjerter ligger hastigheden Når næsten det gælder dobbelt den så energimæssigt højt som for optimale energiforbruget hastighed pr. tidsenhed ligger altså den noget km/t lavere. For småfugle som mejser For lidt og større finker fugle i området drosler og km/t mindre og for vadefugle lidt større fugle ligger som hastigheden f.eks. Stære også drosler højere på typisk km/t, og km/t, for store men fugle for nogles som ænder vedkommende og gæs helt oppe endda på lavere km/t. f.eks. hos musvåger. Her er det både morfologien, men Flyver fuglene enten langsommere eller hurtigere end de også optimale flyvetypen, hastigheder hvor f.eks. bruger musvåger de mere energi. i stor udstrækning anvender glideflugt, afgørende. I De deres største daglige andefugle gøren og (gæs laden og flyver svaner) de fleste er fugle nok efter hastigheden laveste energiforbrug det meste pr. tidsenhed, den samme men som når pr. de flyver tidsenhed, langt f.eks. eller på lavere, træk, er da det med ikke stor har det store sandsynlighed energimæssige den spillerum højere hastighed (se tekst) med laveste energiforbrug i forhold til tilbagelagt afstand som anvendes. Fuglehåndbogen Fuglehåndbogen på på på nettet nettet Der er også minimumshastigheder for hvor langsomt en fugl kan flyve. Som beskrevet kan den ved at øge vingeslagsfrekvensen, kompensere for den mindre luftmængde der passerer forbi vingen ved lave hastigheder, men igen er der grænser for hvor meget fuglen rent fysiologisk kan præstere, og for en fugl omkring stærestørrelse, ligger den nedre grænse omkring de 20 km/t. Mange større fugle kan dog komme længere ned, ved at øge deres vingeareal i forhold til vægt f.eks. som man ser hos våger, der i højere grad anvender glide og svæveflugt i forhold til aktivt at bruge vingerne aktivt. Det begrænser så til gengæld deres maksimum hastighed, da de større vinger hurtigere skaber mere luftmodstand/sug. Disse hastigheder ligger formodentligt meget tæt på de hastigheder som giver det laveste energiforbrug i forhold til tilbagelagt afstand. Når fuglene bevæger sig rundt i deres territorium flyver de formodentligt tættere på den hastighed der giver laveste energiforbrug i forhold til tidsenhed, og som er lavere (se ovenfor). Nogle fugle f.eks. høge og falke, vil i jagtsituationer flyve hurtigere end marchhastighederne. Hos de større fugle er forskellen på marchhastighed og højeste hastighed ikke stor, da deres minimumshastighed allerede ligger tæt på niveauet for deres fysiologiske formåen (f.eks. svaner, gæs, ænder og lommer). De mindre fugle har ofte et større overskud, og har derfor et breder hastighedsvindue som kan anvendes ved langdistanceflyvninger eller ved accelerationer i jagt eller undvigemanøvrer. (se tabel over Flyvehastigheder for flere detaljer) 9

10 Våger, her musvåger, og andre bredvingede fugle udnytter termiske opvinde, hvor de skruer sig op, for så at anvende den indvundne højde til i glideflugt, at flyve i den ønskede retning. Navnlig i træktiden ser man disse skruer, hvor fuglene samles op inden de f.eks. skal passere en strækning over Tilpasning af flyvestil til fourageringsmetode Fuglearterne fouragerer på forskellig vis, nogle som mursejlere og svaler som fanger flyvende insekter i luften, har en strømlinet facon med seglformede vinger der gør dem hurtige og adrætte flyvere. Spurvehøgen der også fanger småfugle i luften skal være hurtig til at ændre retning, og har forholdsvis brede korte vinger der sammen med en stor hale der kan udbredes er gode til hurtige drej og stop. Gribbe der afsøger store områder for ådsler har brede vinger, der gør dem til effektive svæveflyvere. Kærhøge og f.eks. mosehornugle fouragerer ved at afsøge åbne terræner i lav højde, og et fælles kendetegn for dem, er at de flyver med tydeligt V-formede vinger. Hvis der er en jævn til kraftig vind, vil man se, at de bevæger sig lidt i ryk op hop, og det skyldes i stor udstrækning, at luften lige over terrænet bliver turbulent, når vinden rammer tuer, småbuske, diger mm. og giver uregelmæssige opadgående luftstrømme. Den V-formede vingestilling hjælper med til at stabilisere flugten, idet de vekslende opadgående luftstrømme, forårsaget af turbulensen, afbøjes af den vinkelstillede vinge, og ikke virker når så kraftig, som hvis vingen blev holdt vandret. Det er specielt rulning omkring kroppens længdeakse, som modvirkes af de V-stillede vinger. Det bl.a. også derfor, at de flest passagerfly har svagt V-formet vingeprofil. Ulempen er, at der mistes noget opdrift. Modsat virker det, hvis vingerne er nedadvinklede, og det ser man f.eks. på flere jagerflyt, der skal være manøvredygtige bl.a. med hensyn til rul, og f.eks. har mursejlere og svaler også nedadbøjede vinger. Illustrationen herunder viser dels kærhøge og mosehornugle med de vinklede vinger, og skitserer effekten. Rovfugle der jager lavt i terrænet har V-formet vingestilling Blå kærhøg Hedehøg Rørhøg Mosehornugle Rovfugle som kærhøge, og ugler som mosehornuglen, der jager bytte lavt hen over terrænet, har typisk vingerne hævet i V-form. Det er et godt kendetegn, men det har også en funktion for fuglene. Terrænet de jager i er åbent, men ofte med tuer, lave buske, hegn og diger, og hvis der er vind, vil luften lige over terrænet ofte være turbulent, med pludselige ændringer i de opadgående luftstrømme, og kan vanskeliggøre stabil flugt. Man vil også typisk se, når der er en jævn til kraftig vind, at fuglene bevæger sig lidt i ryk og hop. De hævede vinger stabiliserer imidlertid flugten, specielt det man benævner rul, omkring fuglens længdakse, som illustreret her under. Det er bl.a. derfor, at mange fly har en flad v-formet vingeprofil. Fuglehåndbogen på nettet 0

11 Mursejler og bysvale med nedadbøjede vinger, som øger manøvredygtigheden, særligt med hensyn til rul omkring kroppens længdeakse. Flokflyvning beskyttelse mod rovfugle Mange fuglearter flyver i flok. Det kan være af energisparehensyn som ses hos store fugle som beskrevet oven for, for f.eks. gæs, der flyver i velorganiserede formationer og udnytter energien i de turbulente luftstrømme, som foran flyvende fugle sætter i bevægelse. Det er beskrevet oven for, men også mange småfugle flyver i flok, men uorganiserede, som formodentligt ikke giver de samme energibesparelser. Flokflyvningen for småfuglene er nok snarere en beskyttelse mod angreb fra rovfugle. Fugle i kompakte flokke er sværere at angribe for en rovfugl, da det er sværere at skille et enkelt individ ud som mål for et angreb. Det er typisk fugle, hvor føden er samlet lokalt, og derfor tiltrækker mange individer, f.eks. stære i vadehavsmarsken, hvor de fouragerer på stankelbenslarver og andre hvirvelløse smådyr, eller det kan være grønsisken der fouragerer på el, eller vadefugle som ryler i Vadehavet. Det kan også være fugle der overnatter socialt, igen stære eller landsvaler der i vinterkvarteret overnatter socialt. En undersøgelse fra vinterkvarteret i Nigeria, hvor svalerne overnatter i en større elefantgræsbevoksning (over million svaler) viste, at falkenes (afrikanske lærkefalk) succes var størst når de jagede enlige svaler eller småflokke, succesen er som vist på tabellen størst ved småflokke, og bliver nul, når flokken når op i nærheden af 000 individer. Jagtsucces på landsvaler ved natrasteplads for afrikansk lærkefalk (Falco cuvieri) Flokstørrelse Enlige Falkenes jagtsucces % Efter R.G. Bijlsma & Brink, Ardea 93 () pp (2005) Stæreflok i forsvar mod spurvehøg. Når en rovfugl, spurvehøg eller falk nærmer sig søger stærene sammen i kompakte former. Det gør det svært for rovfuglen at udskille de enkelte individer som mål.

12 Flokflyvning giver dog også udfordringer i forhold til manøvrering og til at undgå at støde sammen. Dette forhold er undersøgt hos støre som er kendte for deres imponerende opvisninger i flokflyvning. De tee følgende illustrationer skitserer hvorledes stære manøvrer i de store flokke. Flokflyvning Stærenes, men også andre fuglearters evne til at koordinere deres bevægelser, når de flyver i flokke og gør hurtige retningsændringer, er imponerende. 2 cm Der er en række udfordringer, som fuglene skal overkomme, dels at kunne reagere hurtigt, når de foran flyvende individer foretager pludselige retningsændringer, eller når flokken på grund af angreb fra en rovfugl hurtigt klumper sammen, og afstanden imellem de enkelte individer hurtigt ændres. 40 cm Figuren til venstre skitserer hvor meget en flyvende stær med en længde på ca. 2 cm, og et vingefang på ca. 40 cm reelt fylder. Det kan anskueliggøres med en cylinder, hvor cylinderens længde udgør fuglens længde, og diameteren udgør fuglens vingefang, og som svarer til, at den kan rotere om sin længdeakse. Minimumsafstanden imellem de enkelte individer ligger i området omkring det dobbelte af, hvad en fugl fylder i luften, og som er illustreret som en rektangel der omgiver fuglen. Det er hurtige reaktionstider der kræves. Antages det, at fuglene flyver med ca. 36 km/t svarende til 0 m/sek., skal det gå hurtigt når afstanden til den foran flyvende fugl måske kun er ½- m, og som gennemflyves på millisekunder. Man regner med, at stæren skal holde øje med 6-7 individer (se flokflyvning 2) for at kunne holde sin individuelle position og bane og undgå kollision. Videooptagelser af flyvende stæreflokke har vist, at reaktionstiden på den foran flyvende fugls retningsændring ligger i størrelsesordenen 5-20 millisekunder, og at reaktionen går som en bøglebevægelse ned igennem flokken. Fuglehåndbogen på Nettet Udsnit af en stæreflok. Stæreflokke kan i nogle tilfælde tælle flere hundrede tusinde individer. Overordnet skal stærene tage højde for tre ting:. Holde afstand til nærmeste naboer 2. Styre i samme retning som nærmeste naboer 3. Søge mod det frie center i forhold til nærmeste naboer Disse tre ting skal opfyldes og de er samtidigt tilstrækkelige til at sikre mod sammenstød. 2

13 Flokflyvning 6 7 nærmeste naboer Hold afstand Hold retning Centrer Illustrationen skitsere hvorledes stærene i en flok orienterer sig efter de nærmeste 6-7 naboer i flokken. Man har vist, at det matematisk set er det nødvendige og tilstrækkelige antal informationselementer der skal til, for at sikre en koordineret flyvning. Her vist todimensionelt, men i virkeligheden foregår det i 3D. Flokflyvning 2 Stære er kendt for deres fantastiske formationsflyvning sort sol, hvor de i flokke på op til flere hundrede tusinde, i fuld fart, manøvrerer rundt uden at ramme hinanden. På samme måde kan man se store flokke af hjejler og ryler boltre sig. Også duer, ænder og kragefugle m.fl. er eminente flokflyvere. Udenfor fuglenes verden har fiskestimer, og store flokke af f.eks. rener og gnuer også lignende udfordringer. De to sidstnævnte dog kun i 2D. Det er svært at forstå, hvordan fuglene kan koordinere deres individuelle bevægelser, så de undgår sammenstød i luften. Det er uden tvivl synet der er afgørende, og undersøgelser med videoptagelser, kombineret med netværksteori, har vist, at den enkelte fugl i en flok orienterer sig i forhold til sine 6-7 nærmeste naboer, der igen orienterer sig i forhold til deres 6-7 nærmeste naboer, osv. osv. At det er de 6-7 nærmeste naboer der holdes øje med, hænger sikkert sammen med, at den øvre grænse for variabler, som fuglene kan kapere formodentligt er 7 (vist med brevduer), og at det også netværksteoretisk er et tilstrækkeligt antal, for at bevare sammenhængen i flokken. Flokflyvning 3 Fuglehåndbogen på Nettet Stærene er kendt for deres imponerende koordinering af flugten i de stor flokke, undertiden flere hundrede tusinde individer i en enkelt flok. Som det er vist i foregående illustration (flokflyvning 2) holder den enkelte stær øje med de nærmeste 6-7 individer i flokken, og koordinerer sine bevægelser efter disse individer. Som det fremgår af figuren til venstre følger stærene i flokken overvejende parallelle baner, og undgår derfor kollisioner. Illustrationen viser situationen todimensionelt, men virkeligheden er tredimensionel, så der er fugle hele vejen rundt omkring de enkelte individer. Det betyder, at der ikke kun skal holdes øje med de foran flyvende individer, men også individerne til høje og venstre, oven over og neden under. Fuglehåndbogen på Nettet 3

14 4