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Das Hummel-Problem

Warum Insekten nicht fliegen dürften

Eigentlich müssten Hummeln und andere Insekten vom Himmel fallen. Diese Hypothese formulierten Forscher in den 30er Jahren als sie gerade erst begannen, die aerodynamischen Prinzipien des Fliegens zu verstehen.

Video über den Schabenversuch Roboroach und die Reaktionen darauf © GeoBeats News

Ausgehend von ihren Erfahrungen mit starrflügeligen Flugzeugen war es von der Aerodynamik her einfach nicht zu erklären, wie es die Insekten schafften, ihr gesamtes Körpergewicht scheinbar so mühelos in die Luft zu befördern und dort auch noch zu halten. Nach den Berechnungen der Ingenieure reichte der Auftrieb, den sie mit ihrem Flügelschlag erzeugten, bei weitem nicht aus. Normalerweise produzieren Flügel Auftrieb, weil die Luft schneller über ihre gewölbte Oberseite als unter ihnen hindurchströmt. Ein Unterdruck an der Oberseite und damit ein Sog ist die Folge. Dieser Auftrieb ist um so größer, je länger die Flügel sind und je schneller die gleichzeitige Vorwärtsbewegung des Flugobjekts ist.

Doch die Hummel hat nicht nur Flügel, die im Verhältnis zu ihrem Körper viel zu kurz sind, sie fliegt auch noch zu langsam. Ihr Auftrieb dürfte daher eigentlich nicht ausreichen, um ihr Gewicht in der Luft zu halten. Dummerweise konnte niemand ernsthaft bezweifeln, das Insekten, Vögel und andere Tiere eindeutig flogen – und das völlig unbeeindruckt von der schockierenden Entdeckung der Ingenieure. Irgend etwas Entscheidendes mussten sie offensichtlich übersehen haben, doch was? Wo lag der Trick?

Schon für einen zufälligen Beobachter ist es offensichtlich, dass ein Insekt nicht so fliegt wie ein Flugzeug: Hier starre Tragflächen ohne Bewegung, dort heftiger Flügelschlag mit schnellen, kaum mehr voneinander unterscheidbaren Drehungen und Verwindungen. Dennoch glaubte man lange Zeit, dass beide dem gleichen Prinzip folgen, den so genannten Steady-State-Bedingungen. Diese gehen davon aus, dass die Luftströmung über den Flügel und die daraus resultierenden Auftriebskräfte unter gleichen Bedingungen auch konstant bleiben.

Für den Forscher Charles Ellington, der Anfang der 80er Jahre Hunderte von Hummeln und anderen Insekten im Windkanal testete, war schnell klar: Diese Steady-State-Bedingungen konnten auf den Insektenflug nicht zutreffen. Schon der Flügelschlag der Tiere war alles andere als „steady“. Die Lösung fand Ellington, als er einen Tabakschwärmer im Windkanal fliegen ließ und dabei die Luftströmungen mit einem feinen Nebel aus Öltröpfchen sichtbar machte. Stereofotos enthüllten das Geheimnis der Motte: Ein großer Luftwirbel direkt über dem Vorderende der Flügel erzeugte einen wirbelnden Aufstrom. „Ein solcher Vortex ist wie ein Tornado,“ erklärt Ellington das Prinzip, „er saugt den Flügel in die Höhe“.

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Ähnliche Wirbel entstehen auch bei Flugzeugen, dort jedoch sind sie nicht gerade beliebt: Sie lösen sich nach ihrer Entstehung vom Flügel und bilden lange Wirbelschleppen, die nicht nur nachfolgende Flieger gefährden, sondern im schlimmsten Fall auch das Flugzeug zum Absturz bringen können. Wie aber hatten es die Insekten geschafft, das zu verhindern und diesen Vortex stabil über dem Flügelvorderende zu halten?

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Stand: 12.06.2001

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Inhalt des Dossiers

Das Geheimnis des Fliegens
Tierischen Flugkünstlern auf der Spur

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