Ang mga alibangbang monarch molalin sa gibana-bana nga 4000 km gikan sa amihanang Estados Unidos o Canada ngadto sa sentro sa Mexico aron mag-hibernate, usa ka sumbanan sa paglalin nga dili hitupngan sa bisan unsang lain nga matang sa ilang matang. Ang maong taas nga panaw daw katingad-an sa sinugdan: Ang mga alibangbang mao lamang ang naglupad nga mga binuhat nga adunay mubo, lapad ug dagkong mga pako nga katimbang sa ilang mga lawas. Apan labaw pa sa pagpalupad sa taas nga igo aron makadakop sa paborableng sulog sa hangin lagmit nakaamot niini nga kalamposan.
Ang Lepidoptera, nga nagkahulogang "mga pako nga scaly" sa Greek, mao ang siyentipikanhong klasipikasyon nga gigamit alang sa mga alibangbang ug mga anunugba. Ang mga pako sa alibangbang mahimong adunay kapin sa usa ka milyon nga mikroskopiko nga mga himbis nga nagtabon sa duha ka kilid. Bisan tuod ang porma sa mga flakes lainlain, sila kasagaran adunay gibag-on nga 0,1 mm. Gawas pa sa pagpauga sa mga insekto, ang mga himbis naghatag usab kanila sa ilang lahi nga pattern sa kolor nga makatabang kanila nga malikayan ang mga manunukob, pagkontrol sa temperatura, ug pagdani sa atraksyon sa pag-upa. Dugang pa, ang microgeometry niini makapakunhod sa friction friction sa panit hangtod sa 45%.
Ang mga disenyo sa pako sa insekto nagkalainlain kaayo, ug ang gidak-on adunay importante nga papel sa pagkaayo sa paglupad. Ang gagmay nga mga insekto nga pak-an sama sa langaw (200 Hz) naggamit sa mas taas nga wing flapping frequency, samtang ang dagkong mga insekto sama sa monarch (10 Hz) naggamit ug mas ubos nga frequency. Kadaghanan sa mga alibangbang, lakip na ang mga monarch, molupad lamang ug pipila ka metros ibabaw sa yuta, apan sa panahon sa paglalin, ang mga monarko naobserbahan nga mosaka ngadto sa gihabogon nga kapin sa 1 km, diin sila molupad ug kilometro sa mga sulog sa hangin. Sa dihang molupad duol sa yuta ug mopakpak sa ilang mga pako, makalupad sila hangtod sa 5 m/s, nga halos katunga sa gikusgon sa kinapaspas nga tawo sa kalibotan, si Usain Bolt.
Isip kabahin sa usa ka proyekto nga among gihimo niadtong 2017, gisusi sa mga tigdukiduki ang mga lihok sa pagpakpak sa pako ug mga trajectory sa monarch butterflies, una nga bukas ang ilang mga himbis ug dayon ang ilang mga himbis sirado. Una, gipanghimakak sa eksperimento ang ideya nga ang usa ka insekto nagkinahanglan ug mga himbis aron makalupad. Labaw sa tanan, human sa hinay nga pagtangtang sa mga himbis nga gilakip sa pako, susama sa mga balhibo sa langgam, ang gibug-aton sa alibangbang mikunhod ug 9,5% lamang sa aberids.
Bisan pa, sa usa ka pagtuon nga naglambigit sa 11 nga mga espesimen ug kapin sa 200 nga mga flight, ang pagtangtang sa mga timbangan nagpamenos sa kahusayan sa pagsaka sa usa ka monarch sa aberids nga 32%. Ang mga washer adunay usa ka espesyal ug mapuslanon nga disenyo nga nagmugna og gagmay nga mga lawak nga makapauswag sa aerodynamics sa pako.
Flight Aerodynamics sa Alibangbang
Ang numero nagpakita sa upat ka nag-unang pwersa nga naglihok sa usa ka alibangbang atol sa pagpalupad sa paglupad: pag-alsa (L), counterweight (W), thrust (T), ug drag (D). Ang mga pako nagpatunghag tulo niini: pag-alsa, pagduso ug pagbitad. Aron makasaka ang insekto, ang gahum sa pag-alsa ug pagduso niini kinahanglan nga mas dako kaysa sa gibug-aton ug kusog sa pagguyod niini. Dugang pa, ang hangin nga modapat sa mga pako mag-aplay ug pressure ug shear stress sa mga pako, nga mao lamang ang paagi nga ang mga pako makakuha og pukot nga pagbayaw, pagduso, ug pagbitad.
Samtang molupad ang insekto, usa ka nag-unang vortex ang mamugna pinaagi sa hangin nga moagi sa matag pako. Ang mubu nga presyur gihimo sa sulod sa vortex pinaagi sa nagtuyok nga agos, ug ang sangputanan nga kalainan sa presyur tabok sa pako nagpatunghag duha nga pag-alsa ug pagduso. Ang shear stress mao ang nag-unang hinungdan sa drift.
Nagkalainlain nga mga pattern sa paglupad sa mga alibangbang ang nakit-an kaniadtong 2020 ni Christoffer Johansson ug Per Henningsson gamit ang mga slow-motion camera ug mga sukod sa dagan. Ilang nadiskobrehan nga ang katapusan sa upstroke, diin ang flexible nga mga pako mag-interlock ug mopislit sa natanggong nga hangin tali kanila, mao ang panahon nga ang pinakadaghang duso gihimo. Posible ang tulo-ka-dimensyon, komplikado ug dili regular nga pag-agos sa hangin. Sa glider flight, panit friction o shear stress tungod sa viscous nga hangin nga naglihok ibabaw sa pako hinungdan sa halos katunga sa kinatibuk-ang drag force. Ang kusog nga nahabilin sa wake vortices, nailhan usab nga induced drag, usa pa ka hinungdanon nga hinungdan.
Ang glide ratio sa mga monarko kay konserbatibo nga gibanabana nga 4:1. Ang pagkalibang sa panit sa panahon sa gliding flight mahimong hinungdan sa 10% o gamay nga pagtaas, aron isulti ang labing gamay. Ang mga alibangbang dili epektibo nga molupad tungod sa ilang ubos nga aspeto nga ratio nga mga pako, labing menos kung itandi sa usa ka Boeing 17, nga adunay glide ratio nga mga 1:747. Kung adunay usa ka paagi aron makunhuran ang pagkalibang sa panit, ang mga monarko makamaniobra sa hangin nga adunay gamay nga pagsukol sa ilang gaan nga lawas ug dagkong mga pako.
Alibangbang Friction sa Air
Ang hinungdan sa pagkalibang sa panit sa pako sa alibangbang mao ang pag-uswag sa usa ka laminar boundary layer, usa ka rehiyon nga hapsay nga viscous flow nga adunay kalainan sa tulin tali sa pako ug sa palibot nga hangin. Sa fluid mechanics, ang gitawag nga no-slip condition nag-ingon nga ang gikusgon sa hangin subay sa pako kinahanglang motakdo sa ibabaw sa pako. Bisan pa, ang presensya sa mga microcavity nga gihimo sa timbangan nagbag-o kung giunsa ang pakig-uban sa hangin sa nawong sa pako.
Sa mga luna ubos sa timbangan, ang Reynolds number (ratio sa inertial forces ngadto sa viscous forces) ubos sa 10 tungod sa gamay nga gidak-on sa mga timbangan ug sa viscous nga hangin nga nagaagay sa ibabaw niini. Tungod sa ubos nga numero sa Reynolds, ang dagan makanunayon ug hapsay. Kung ang numero sa Reynolds modaghan, ang dagan magsugod nga mahimong dili lig-on. Ang akong grupo nakahimo pag-usab niining ubos nga Reynolds number flow sa laboratoryo pinaagi sa pag-ilis sa hangin og high-viscosity nga mineral nga lana ug ang mga timbangan sa hinimo-himo nga mga plato nga nag-triple sa gidak-on sa mga timbangan. Gamit ang mga anggulo sa bungbong sa lungag tali sa 22° ug 45°, ang mga modelo sa biologically inspired sa sukod sa nawong gisusi.
Samtang ang likido nag-agos sa mga kal-ang sa mga tipik nga nagbalhin ngadto sa mga laray sa mga tipik, ang gagmay nga mga eddies nakuha. Kini nga gagmay nga mga ligid sa hangin independente sa gawas nga dagan ug halos naghiusa sa ibabaw sa pako. Kung kini mahitabo, ang eksternal nga agos adunay potensyal nga molukso sa ibabaw, nga partially overriding ang dili-slip nga kinahanglanon. Gipakita sa mga resulta sa laboratoryo nga alang sa ubos nga gidaghanon sa Reynolds nga dagan nga nasugatan sa mga timbangan sa alibangbang sa paglupad, adunay pagkunhod sa friction drag sa panit nga labing menos 26% ug hangtod sa 45% kon itandi sa usa ka hapsay nga nawong.
Sumala sa among labing bag-o nga mga nahibal-an, kung ang haw-ang nga numero sa Reynolds labi ka taas sa 10 (80 o labaw pa), ang positibo nga epekto mawala samtang ang dagan sa gamay nga vortex mahimong dili maayo ug maghiusa sa gawas nga dagan sa ibabaw niini. Busa, ang gagmay nga mga himbis sa mga pako sa alibangbang hingpit nga makaakomodar sa kasagarang gikusgon sa paglupad sa insekto. Kung ang mga tipik mas dako, makahimo sila og mas dako nga gintang nga numero sa Reynolds ug mawad-an sa mekanismo sa pagkontrol sa dagan nga makadugang sa kahusayan sa paglupad.
tinubdan: Physics Karon
📩 14/09/2023 10:03