Spørg Fagfolket: Kan en fugl krydse op mod vinden uden at bruge muskelkraft?

24. oktober 2023 kl. 18:1020
albatros
Illustration: Wikipedia.
En læser funderer over, om fugle på linje med sejlbåde kan spare energi ved at krydse op mod vinden.
Artiklen er ældre end 30 dage

Vores læser Sven Neermark har spurgt:

Kan en fugl, ligesom en sejlbåd, krydse op imod vinden uden at bruge muskelkraft? 

Kan en fisk ligeledes krydse op imod strømmen?

Jens Thorving Andersen, Naturekspert hos SEJENS og museumsformidler på Naturhistorisk Museum i Aarhus, svarer:

Artiklen fortsætter efter annoncen

Mange fugle kan flyve tusindvis af kilometer uden at bruge ret meget energi, fordi de kan høste energi fra vindene omkring den. 

Dette gælder især for drageflyvere som albatrossen, der har et stort vingeareal i forhold til dens vægt.

Vingen er buet ovenpå og flad nedenunder, så hvis albatrossen er i modvind, hvor vinden blæser hen over vingen, vil der komme et undertryk over vingen og et overtryk under, fordi vinden vil bevæge sig hurtigere oven på vingen end under.

Den kan derfor udnytte, at den kan blive skubbet opad, hvis den kommer 'rigtigt' ind i modvinden, og man kan til en vis grad godt sammenligne det med et sejl på en sejlbåd - i hvert fald når vingen befinder sig i en vertikal position. 

Energi til flyvningen

Fuglen vil typisk følge et mønster, hvor den starter nær havoverfladen. I takt med, at den stiger til vejrs, vil den søge efter en god modvind, der kan give opdrift. 

Artiklen fortsætter efter annoncen

På glideturen, der nu går ligeså stille nedad, vil dyret have en enorm energieffektiv fremdrift – fugle, der afhænger af motorflyvning, kan slet ikke følge med her. 

Albatrossen følger dette mønster – op og ned - og kan tilbagelægge mange kilometer uden ét eneste bask med vingerne.

Ved at bruge disse vindstrømmen skal den da bruge meget lidt energi selv.

Med tiden vil den tabe lidt højde igen, men så gentager den manøvren med at finde en ny, god vindsøjle. 

Ved at cirkulere rundt på den måde kan hele tiden optage ny energi til sin flyvning.

Som ornitolog kan man derfor ofte forudsige, hvor fuglene kommer fra ved at se på vindretningen i vejrudsigten.

Fisk og deres gæller

Hvad angår fisk, er det en helt anden verden, da de jo ikke har vinger, men derimod finner, som ikke ligner fuglevingerne.

Derfor skal de bruge en del energi, hvis de vil bryde en strøm i vandet. 

Artiklen fortsætter efter annoncen

Når laks f.eks. skal fra havet ind i et vandløb for at gyde, så svømmer de imod strømmen, men det er også noget, de kæmper for.

Der findes også fisk, hvor gællerne har brug for at få frisk vand ind hen over dem for at ånde.

Nogle tun og hajer har ikke gællelåg, der hjælper med at skabe en strøm af vand hen over gællerne, så de kan kun få ilt ved at svømme imod vandet. 

Disse tun og hajer ligger derfor aldrig stille i vandet, men svømmer hele tiden - og bruger også energi på det.

20 kommentarer.  Hop til debatten

Tophistorier

Debatten
Vær med til at skabe en god debat ved at følge vores debatregler.

For at deltage i debatten skal du have en profil med adgang til at læse artiklen. eller opret en bruger.
settingsDebatvisning
20
27. oktober 2023 kl. 16:32
Re: Re: For de særligt interesserede

Så jeg må indrømme at det med de rette betingelser kan lade sig gøre at holde højden, og måske også komme tilbage til start.

Ikke bare at holde højde og komme tilbage til start. 

Det er en særlig disciplin ved RC-svæveflyvning, og man kan finde svævefly der er specialiserede til disciplinen. 

Den nuværende hastighedrekord for RC-fly er opnået med et svævefly vha. dynamic soaring.  Vi taler om RC-svævefly der opnår knap 900 km/t ved at flyve i cirkler, hvor de krydser op og ned mellem luftstrømme med forskellig lufthastighed.

Se f.eks. http://www.dskinetic.com/ der producerer RC-svævefly til dynamic soaring

Se også https://www.youtube.com/watch?v=nv7-YM4wno8 hvis man har tålmodighed til et seriøst foredrag om udfordringer og muligheder ved dynamic soaring. 

19
27. oktober 2023 kl. 14:52
Re: For de særligt interesserede

Der er en wikipidia-side om "dynamic soaring" der ret klart beskriver hvordan man kan høste energi fra "wind shear": https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_soaring Artiklen er en god historie, som baserer sig på forvirringen mellem jordkoordinater og luftkoordinater.

Jeg faldt selv i fælden, da jeg overså at et fly kan foretage et 180 grader sving uden at miste noget videre højde og lufthastighed.

Så jeg må indrømme at det med de rette betingelser kan lade sig gøre at holde højden, og måske også komme tilbage til start.

18
26. oktober 2023 kl. 20:39
For de særligt interesserede

Der er en wikipidia-side om "dynamic soaring" der ret klart beskriver hvordan man kan høste energi fra "wind shear": https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_soaring

Artiklen er en god historie, som baserer sig på forvirringen mellem jordkoordinater og luftkoordinater.

Tag mine tal som eksempler relativt til Jorden.: Flyet kan svæve ved 10m/s med et glidetal X. Den hurtige luft blæser med 10m/s. Flyet bliver sluppet lige under grænsen med 12m/s.

Han kan lige nå at få flyet op i den hurtige vind og får 20m/s vind mod sig, hu hej hvor det går, og han stiger. På grund af stigningen mister flyet hastighed og inden stall drejer han 180 grader. I forhold til Jorden er hans hastighed nu 0m/s (10m/s relativt til vinden).

Efter svinget har han stadig 0m/s hastighed i den modsatte retning, men vinden blæser 10m/s med ham. Han falder som en sten.

Der må være en vis symmetri i manøvrerne, så du kunne prøve at starte i den modsatte retning. Du vil aldrig komme op i den hurtige vind.

Det kan blive en lang tråd, og mine indlæg drejer sig også om, for mig selv, at formulere baggrunden for min afvisning af princippet. Een ting er tvivl, men noget andet er at vise at det er umuligt.

Et fly der stiger eller falder mister og vinder hastighed efter formlen gh=1/2V^2. Pas på med fortegnet og der er altid en luftmodstand.

 

 

17
26. oktober 2023 kl. 20:10
Re: Re: Re: gyre i læ af bølge-toppen?

'Dynamisk opdrift'. Men, der er stadigvæk et spørgsmål om fremdriften. Den vind der løfter er osse grundlag for en kraft mod vingens forkant.

Dynamisk opdrift er også det der kaldes induceret luftmodstand. Den modstand du skal overvinde for at holde højden på flyet. Glidetallet kan faktisk benyttes til at beregne den inducerede modstand. Er glidetallet 10 (meget dårligt) skal du løfte massen af flyet 1 meter for hver 10 meter du flyver. Analogt med en cykelrytter på en stigning.

16
26. oktober 2023 kl. 17:44
Re: Re: Re: Re: Re: Re: For de særligt interesserede

Hvis man stadig tvivler på at det kan lade sig gøre, så tænk på det sådan her: I en sejlbåd udnytter man at to fluids har forskellige bevægelsesmønstre. Man holder fast i en fluid med sejlet og den anden med kølen/sværdet/finnen/foilen.

I dynamic soaring udnytter man også at to fluids har forskellige bevægelsesmønstre (vind i stor og lav højde). Man holder fast i begge fluids ved hele tiden at skifte højde.

Grafikken i min link er vist bedst til at illustrere detaljerne. 

15
26. oktober 2023 kl. 17:21
Re: Re: Re: Re: Re: For de særligt interesserede

Der er en wikipidia-side om "dynamic soaring" der ret klart beskriver hvordan man kan høste energi fra "wind shear":

https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_soaring

Det ER åbenbart en teknik der ikke bare benyttes af albatrosser, men også kan benyttes af svæveflyvere og kun kræver forskellige vindhastigheder i forskellige højder.

14
26. oktober 2023 kl. 10:44
Re: gyre i læ af bølge-toppen?

Du har også fået andre svar.

Men til dit citat: hvis, som jeg skrev i forklaringen med sejlbåden, #6, albatrossen kunne glide op ad en stang (som amerikanske brandmænd glider ned), så ville undertrykke løfte albatrossen, MEN så er der også en horisontal kraft. Det er der ikke i fri luft, og derfor går kraftligningerne IKKE op - ergo ikke muligt.

13
26. oktober 2023 kl. 10:34
Re: Re: Re: gyre i læ af bølge-toppen?

Men, der er stadigvæk et spørgsmål om fremdriften. Den vind der løfter er osse grundlag for en kraft mod vingens forkant.

Hvis du befinder dig i en konstant opstigende luftstrøm, får du hele tiden tilført potentiel energi. Hvis du undlader at stige med luften op, er denne energi til rådighed til fremdrift. 

 

Dette er princippet i al paragliding på kyster med pålandsvind - og al svæveflyvning i termik.

12
26. oktober 2023 kl. 09:09
Re: Re: gyre i læ af bølge-toppen?

Bernoullis trykligning

Wiki.dk giver en hurtig intuitiv beskrivelse af 'Bernoullis princip' på de første linjer .. osse én jeg fatter. Det kan forklarer en del af opdriften, ligesom en skråt-stillet flad vinge så åbenbart osse gør det, 'Dynamisk opdrift'. Men, der er stadigvæk et spørgsmål om fremdriften. Den vind der løfter er osse grundlag for en kraft mod vingens forkant.

11
26. oktober 2023 kl. 07:28
Re: Re: gyre i læ af bølge-toppen?

Jeg tror stadig, at langt hovedparten af energien kommer fra det faktum, at en bølgefront naturligvis skubber luften med opad.

 

Dermed kan en albatros ride på en bølgeforkant uden at bruge energi, fordi den hele tiden befinder sig i en opadgående luftstrøm - eller sagt på en anden måde: Den svæver nedad, parallelt med den lokale havoverflade. Når den så har tilstrækkelig fart på, kan denne omsættes til en stigning op over bølgekammen og imod vinden til den næste bølgekam mod luv.

 

Det forklarer også min observation med en albatros, der fulgte vores båd med 10 m/s i blikstille vejr ved at ligge på forkanten af en kølvandsbølge.

10
26. oktober 2023 kl. 00:15
Re: gyre i læ af bølge-toppen?

Kort og koncist .. og ligesom i gamle dage forstår jeg det ikke.

Det er Bernoullis trykligning, men den er kun en del af opdriften. Meget af opdriften kommer af at luftstrømmen bøjes nedad af vingen. En papirflyver uden vingeprofil kan godt flyve.

9
25. oktober 2023 kl. 21:02
gyre i læ af bølge-toppen?

En stenet elv kan have kontra-gyrer ude i siden, så flowet bliver opstrøms for en mindre del af vandet.
Og på det store ujævne vand? Måske er det ikke sammenlignelig, men en vindgyre bag bølge-toppe har en modsat retning lige over overfladen. På det langbølgede vand kan jeg 'se' albatrossen's vej sådan, at 
den afslappet tager en tur ned til den lave modsatte vind og får fremdrift
går med vundet fart op i vinden over bølgetoppen
tager det afslappet og lader toppen komme forbi
og går så ned i læ igen og får et nyt lift fremad mod vindretningen.

Den er hentet ud af ærmet, fordi de jævne bølger ikke just fremgår af videoen. Men både vi og albatrossen véd, at det er det faste mønster.

................

Vingen er buet ovenpå og flad nedenunder, så hvis albatrossen er i modvind, hvor vinden blæser hen over vingen, vil der komme et undertryk over vingen og et overtryk under, fordi vinden vil bevæge sig hurtigere oven på vingen end under.

Kort og koncist .. og ligesom i gamle dage forstår jeg det ikke.

8
25. oktober 2023 kl. 17:07
Re: Re: Re: Re: For de særligt interesserede

allows the wandering albatross to extract energy from the shear wind field,

Det trodser adskillige naturlove hvis det var muligt.

Det der snyder er sikkert fuglens vildt store glidetal, så den ikke behøver særlig meget opvind for at stige eller holde højden. Ydermere kan det være svært at afgøre om den ikke bruger lidt energi på at ændre retning.

Den kan vinde højde ved at bevæge sig op i stærkere og stærkere vind. Dens hastighed i forhold til vinden skal blot holdes lidt over dens svævehastighed. Til gengæld kommer den længere og længere med vinden, men den kan ikke komme tilbage hvor den startede uden at bruge kræfter, uanset hvor kunstfærdigt den flyver. På nedturen vil den opleve det modsatte.

7
25. oktober 2023 kl. 12:13
Re: Re: Re: For de særligt interesserede

Illustration: Emily CooperFlying Free as a Breeze: Unflapping flight, called dynamic soaring, allows the wandering albatross to extract energy from the shear wind field, in which the wind’s strength increases with each additional meter above the water’s surface. Beginning near the surface, the bird climbs into the wind [1], turns to leeward [2], descends [3], and again turns into the wind [4].

Hej Jesper

 

Jeg er helt med på forklaringen i din artikel 😉 - men hvis det var så "enkelt" var det jo netop en evighedsmaskine. Systemet kan ikke (igen: min mening) eksistere uden det vertikale løft, bølgefronterne giver luften.

 

Det er nok også derfor, du ikke ser nogen trækfugle over land udnytte princippet? Wind shear er jo endnu mere udbredt over land end over vand.

 

Der er heller ingen af de svæveflyvere jeg kender, der forsøger at udnytte princippet 😉

6
25. oktober 2023 kl. 11:12
Re: Re: Modvind og medvind

Sejlet på en båd skaber en langsgående kraft (som giver fremdrift) og en tværgående kraft (som giver afdrift).

Kølen (eller lignende) skaber tilsvarende kræfter som modvirker sejlets kraft. En (god) strømlinet køl har ringe vandmodstand og modvirker derfor kun den langsgående kraft lidt. Modsætningsvis har kølen stor vandmodstand på tværs, som modvirker afdriften.

Samlet set er der en resulterende kraft - erfaringsmæssigt med en vinkel på 40 grader til vinden. Der er fremdrift i den retning og en mindre afdrift (bådens retning (den styrede kurs) afviger lidt (5-10 grader) fra den faktiske retning (beholdne kurs).

Alt sammen FORDI, som FR skriver, vandet giver en modkraft. Den findes IKKE i nævne særdig grad i luften, følgelig kan en fugl - i en laminar luftstrøm - ikke have fremdrift; med mindre, altså, potentiel energi (højde) omsættes til kinetisk energi der overvinder luftmodstanden (som et svævefly). Fugle kan løftes af luftstrømme, også som svævefly, også af små, lokale, overfladestrømme (fra bølger som nævnt).

 

Det simple eksperiment med en flaminko-kasse vil vise, at den Kun kan drive i vindens retning fordi den ikke har greb nævneværdigt  i vandet.

5
25. oktober 2023 kl. 11:11
Re: Re: For de særligt interesserede

Jeg mener IKKE på noget som helst tidspunkt at have bragt "evighedsmaskine" påstande ind i debatten

Hvis man følger ARTIKEL linket (...ieee.org) i min første kommentar, vil man se at det er "Aerospace" der er temaet.

Og teksten til en af illustrationerne beskriver faktisk PRÆCIS hvorfra og hvordan der "høstes" (extract) energi: 

 

Illustration: Emily CooperFlying Free as a Breeze: Unflapping flight, called dynamic soaring, allows the wandering albatross to extract energy from the shear wind field, in which the wind’s strength increases with each additional meter above the water’s surface. Beginning near the surface, the bird climbs into the wind [1], turns to leeward [2], descends [3], and again turns into the wind [4].

 

Og dermed bør det være intuitivt forståeligt for ingeniører, hvorfor topprofessionelle folk, der arbejder med fly og droner (vingedesign bl.a.) interesserer sig for dette..

 

 

4
25. oktober 2023 kl. 10:29
Re: For de særligt interesserede

Efter min mening er dit link en forenkling af fænomenet.

 

Hvis ikke havets oveflade var dynamisk (bølger) ville det - selvfølgelig - ikke være muligt at flyve på den måde uden at bruge vingerne.

Igen - efter min mening - er det den kraftige opadgående luftstrøm skabt af bølgefronten, der er den drivende kraft i "evighedsmaskinen" - samme princip vil IKKE kunne implementeres over land.

3
25. oktober 2023 kl. 08:53
Re: Modvind og medvind

Det helt korte svar på spørgsmålet er: NEJ!

 

Som Svend rigtigt er inde på, eksisterer modvind og medvind ikke, når man har sluppet kontakten med jorden (vandet).

 

For at en sejlbåd skal kunne krydse, kræver det, at den har fat i vandet med sin køl/foil/sværd for at forhindre den i at drive sidelæns.

 

Den eneste måde en fugl kan komme imod vinden uden forbrug på, er (som Jens er inde på) at finde noget gratis højde og så glide nedad med en større horisontal hastighed end vinden. 

 

Jeg har set en albatros udnytte det faktum, at luften står skråt på forsiden af en kølvandsbølge til at følge med os med 20 knob i en time i helt vindstille uden at røre vingerne - 20 cm over vandet 😉 - så foruden den af Jens beskrevne teknik benytter albatrosser også i neget stort omfang luftstrømmene omkring store bølger til gratis transport.

2
25. oktober 2023 kl. 08:28
For de særligt interesserede

Hvordan og hvorfor en Albatros kan præstere "det umulige", kan man finde mere om eksempelvis her:

https://spectrum.ieee.org/the-nearly-effortless-flight-of-the-albatross

https://www.youtube.com/watch?v=uMX2wCJga8g

Som et eksempel på hvor vildt det er, så kan en Albatros der "leger" tæt på vandoverfladen i OK høj sø, trække i omegnen af 3G, mens den SAMTIDIG trækker en ganske tynd stribe i vandoverfladen med spidsen af de(n) alleryderste håndsvingfjer.

Ikke bare sådan hvor der lige er en lille plet "fladt" vand, en i fuld 3D bevægelse over bølger og dønninger.

 

1
24. oktober 2023 kl. 23:51
Modvind og medvind

Det er kun noget der forekommer set fra et fast sted på Jorden. Alle fugle og fly holder sig oppe ved at flyve i lokal "modvind", ellers ville de falde ned.

Men de kan selvfølgelig udnytte at vinden ikke har konstant hastighed afhængigt af terrænet, og nogle steder er der også en lodret komponent af vinden. Måger kan følge et skib næsten uden at bruge vingerne, men det er ikke fordi de flyver i modvind.