Jak létají ptáci? Napoví fyzika

29. prosinec 2015

Odvěkým snem člověka je létat jako pták. Dnes už to umíme díky strojům, sami ale schopnost letu nemáme. A stále nás fascinuje, jak je možné, že ptáci jsou ve vzduchu tak obratní.


Příspěvky Meteoru 26. 12. 2015
01:13 Predátoři pravěkých moří
10:15 Další porážka od počítače
13:20 Logaritmické pravítko
21:49 Atomy a činnost mozku
30:20 Jak létají ptáci?
41:55 Zvířecí kompas z bílkovin

K zemi nás táhne gravitace. Selský rozum nám říká, že pokud se chce někdo nebo něco vznášet ve vzduchu, musí být lehčí než vzduch. Řečeno slovníkem fyzika, vztlaková síla musí být větší než tíhová síla. Jenže tak jednoduché to ve vzduchu není.

„Takto plavou ryby ve vodě, ale ptáci na to spoléhat nemohou. Vzduch je téměř tisíckrát řidší než voda a vztlaková síla ve vzduchu je tisíckrát menší než ve vodě, nestačí tedy na to, aby vyrovnala sílu tíhovou,“ uvedl v Meteoru fyzik Zdeněk Bochníček z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně.

Dynamický vztlak

Vztlakovou silou se dokážou do vzduchu vznést pouze lidské stroje, které jsou lehčí než vzduch – například balón nebo vzducholoď. Pták musí využít jiný nástroj k překonání gravitace – tzv. dynamický vztlak. Ten vzniká za předpokladu proudu vzduchu. Původ dynamického vztlaku a jeho princip lze vysvětlit různě.

Proudí vzduch nad křídlem rychleji?

Často se například mluví o tzv. Bernoulliho rovnici. Ta počítá s tím, že v místě, kde za určitých okolností proudí plyn rychleji, je jeho tlak menší. „Tedy když křídlo ptáka nebo letadla obtéká vzduch, tak nad křídlem proudí rychleji a pod ním pomaleji, tím pádem nad křídlem je menší tlak a pod křídlem je větší tlak. Tlakový rozdíl pak vyústí v sílu dynamického vztlaku,“ přiblížil Zdeněk Bochníček.

Letící racek

Jenže proč by nad křídlem měl vzduch proudit rychleji? „Není to úplně jasné, to je asi nejslabší místo té argumentace,“ podotkl Bochníček. A nabízí jiné vysvětlení vzniku dynamického vztlaku – fyzikální zákon akce a reakce.


Třetí Newtonův zákon: Zákon akce a reakce
Proti každé akci vždy působí stejná reakce; jinak: vzájemná působení dvou těles jsou vždy stejně velká a míří na opačné strany.
„Actioni contrariam semper et aequalem esse reactionem; sive: corporum duorum actiones in se mutuo semper esse aequales et in partes contrarias dirigi.“

Ptačí zákon akce a reakce

Třetí Newtonův zákon říká, že když působí jedno těleso na druhé určitou silou, tak to druhé těleso působí stejnou silou, jen opačným směrem. „Tedy jestliže má pták vzletět vzhůru, tak musí křídlem odklonit proudící vzduch směrem dolů,“ vysvětlil Bochníček.

Tento princip si můžeme sami vyzkoušet. „Když jedeme autem a vytáhneme z okna prkénko, tak můžeme sledovat, jaké síly tam působí, ovšem pozor, pouze při pomalé rychlosti, jinak bychom si mohli přivodit zranění,“ říká v nadsázce fyzik.

Padá proti vzduchu, stoupá proti zemi

Představme si, že pták volně plachtí a nemává křídly. „Nad zemí ho drží vztlaková síla, jenže současně tam působí ještě síla odporová, a ta ho brzdí, pokud by pták nehýbal křídly, tak bude postupně zpomalovat a klesat a skončí pádem k zemi,“ vysvětlil Bochníček.

Aby pták nespadl, musí mírně sklonit křídla směrem dolů a pomalu klesat. „Tímto řízeným klesáním získá pták dopřednou rychlost a může dokonce i zrychlovat,“ řekl Bochníček.

„Důležité přitom je, že musí klesat vůči vzduchu, nikoliv vůči zemi,“ zdůraznil fyzik a doplnil: „V místech, kde vzduch proudí vzhůru, třeba někde u přírodních svahů, pták tímto pomalým pádem vůči vzduchu vlastně stoupá vůči zemi, a může tedy dlouho plachtit bez mávání křídel,“ doplnil fyzik.

Letící orel

Tohoto jevu využívají kromě ptáků také letadla zvaná větroně, která nemají motor a plachtí ve vzduchu.

Pták při každém mávnutí vlastně padá

Ovšem ptáci si zdaleka nevystačí jen s plachtěním. Typickým pohybem křídla je mávání. „Mávnutí křídla směrem dolů je vlastně takový krátký pád křídla a v tomto krátkém pádu získává pták tu dopřednou rychlost,“ vysvětlil Bochníček.

Zjednodušeně se dá říct, že pták neustále padá, záměrně, po malých dávkách, a děje se to při každém mávnutí křídla dolů. Zároveň se mu při tom zvýší rychlost. Pták se jakoby odrazí křídlem od vzduchu, odstrčí vzduch dolů a vylétne vzhůru.

Let "do véčka"

Ptáci mají různé druhy letu. Asi každý z nás někdy zahlédl hejno ptáků seskupených do formace tvaru písmena V. Takto létají ptáci zejména na dlouhých trasách, když migrují do teplých krajů nebo na jaře zpátky k nám.

Letící ptáci

Véčková formace souvisí s jevem, kterému se říká okrajový nebo indukovaný vír. Ten se objevuje na konci křídla letícího ptáka. „Pod křídlem je při letu větší tlak, nad křídlem tlak menší. Na konci křídel vzduch proudí zespodu nahoru a tím se roztáčí vír,“ vysvětlil Zdeněk Bochníček.

Ptáci tohoto vzdušného víru chytře využívají. „Pták v zadní části hejna se umístí do takového místa víru, kde je stoupavý proud. Ten ho nadnáší a to mu usnadňuje dlouhý let,“ doplnil fyzik.

0:00
/
0:00

Neznamená to ale, že by všechno odedřel pták na špici formace. I pro něho je výhodné, že mu ostatní ptáci kryjí záda. Oslabují tím totiž vzdušný vír, který se za prvním ptákem tvoří, a který mu část energie ubírá. „Říká se, že V formace prodlouží let až o 70 %,“ uzavřel Zdeněk Bochníček z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně.

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem audioarchivu iRadio.

autoři: Petr Sobotka , Leona Matušková
Spustit audio