Die erstaunlichen Fähigkeiten von Kolibris: Wie bleiben sie in der Luft? Was ist das Prinzip dahinter?

Haben Sie schon einmal die Flugkünste eines Kolibris bewundert? Sie können in der Luft stehen bleiben, sich wie ein Hubschrauber auf und ab bewegen oder sogar rückwärts fliegen. Sie sind die einzigen Vögel, die dazu in der Lage sind und zählen zudem zu den kleinsten Vögeln der Welt. Sie können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 54 Kilometern pro Stunde fliegen und dabei bis zu 80 Mal pro Sekunde mit den Flügeln schlagen. Ihre Flugfähigkeit ist erstaunlich und weckt auch bei Wissenschaftlern die Neugier. Wie schweben Kolibris in der Luft?

1. Flügelstruktur des Kolibris

Um zu verstehen, wie Kolibris fliegen, ist es zunächst wichtig, sich die Struktur ihrer Flügel anzusehen. Die Flügel von Kolibris sind äußerst flexibel und können in drei Richtungen rotieren: vorwärts und rückwärts, auf und ab und seitwärts. Dadurch können sie den Winkel und die Richtung ihrer Flügel steuern und so unterschiedliche Luftströme und Auftrieb erzeugen. Der Auftrieb ist die Aufwärtskraft der Luft auf ein Objekt, die bestimmt, ob das Objekt fliegen kann.

Wenn Kolibris vorwärts fliegen, schlagen sie mit den Flügeln nach hinten, sodass die Vorderkante des Flügels einen spitzen Winkel zur Horizontalen bildet. Dadurch entsteht über dem Flügel ein Tiefdruckgebiet und unter dem Flügel ein Hochdruckgebiet. Aufgrund des Luftdruckunterschieds werden die Flügel einem Auftrieb nach oben ausgesetzt. Dieser Auftrieb ist für die meisten Vögel das grundlegende Flugprinzip.

Wenn Kolibris jedoch in der Luft schweben möchten, schlagen sie mit ihren Flügeln nach vorne, sodass die Vorderkante des Flügels einen stumpfen Winkel zur Horizontalen bildet. Dadurch entsteht unterhalb der Tragfläche ein Tiefdruckgebiet und oberhalb der Tragfläche ein Hochdruckgebiet. Aufgrund des Luftdruckunterschieds werden die Flügel einem Abwärtsauftrieb ausgesetzt. Dieser Auftrieb wirkt der Schwerkraft entgegen und ermöglicht es dem Kolibri, das Gleichgewicht zu halten.

2. Wie Kolibris ihre Flügel bewegen

Kolibris verändern nicht nur den Winkel ihrer Flügel, sondern auch die Art und Weise, wie sie ihre Flügel bewegen. Im Allgemeinen beschleunigen Vögel, wenn sie mit den Flügeln nach unten schlagen, und verlangsamen, wenn sie mit den Flügeln nach oben schlagen. Dies geschieht, um Energie zu sparen, da beim Abwärtsschlagen die Schwerkraft überwunden werden muss, beim Aufwärtsschlagen jedoch die Schwerkraft genutzt werden kann. Dies bedeutet allerdings auch, dass Auftrieb nur beim Abwärtsschlagen erzeugt wird.

Kolibris hingegen beschleunigen ihre Flügel beim Fliegen sowohl nach unten als auch nach oben und verändern dabei den Flügelwinkel in jede Richtung. Dies geschieht, um den Auftrieb zu erhöhen, da sowohl beim Abwärts- als auch beim Aufwärtsschlagen Auftrieb erzeugt wird. Diese Methode verbraucht zwar mehr Energie, ermöglicht es Kolibris aber auch, ihre Flugrichtung und -geschwindigkeit flexibler anzupassen und sogar erstaunliche Bewegungen in der Luft auszuführen, wie etwa Rückwärtsfliegen, Sturzflüge und Kreisen. Die Flügelbewegung des Kolibris ähnelt der eines Menschen, der mit einem Ruder durchs Wasser paddelt und dabei in jede Richtung Schub erzeugt.

3. Flugeffizienz von Kolibris

Obwohl der Flug des Kolibris bewundernswert ist, hat er auch seinen Preis. Da sie sehr häufig mit den Flügeln schlagen, ist auch ihr Energieverbrauch sehr hoch. Ein Kolibri muss täglich das Doppelte seines Körpergewichts an Nektar zu sich nehmen, um den zum Fliegen benötigten Kalorienbedarf zu decken. Wenn sie aufhören zu fressen, können sie innerhalb weniger Stunden sterben. Daher müssen Kolibris ständig nach Blumen suchen, Nektar aufsaugen und mit ihren empfindlichen Zungen und Schnäbeln überschüssiges Wasser herausfiltern.

Um ihre Flugeffizienz zu verbessern, nutzen Kolibris auch externe Faktoren wie Wind, Luftdruck und Temperatur. Zum Beispiel:

Bei Rückenwind reduzieren Kolibris die Frequenz und Amplitude ihres Flügelschlags, um Energie zu sparen. Bei Gegenwind erhöhen Kolibris die Frequenz und Amplitude ihres Flügelschlags, um den Widerstand zu überwinden.

Wenn der Luftdruck niedriger ist, ist die Luftdichte geringer und der Auftrieb schwächer. Daher erhöhen Kolibris die Frequenz und Amplitude ihres Flügelschlags, um das Gleichgewicht zu halten. Bei höherem Luftdruck ist die Luftdichte größer und der Auftrieb stärker. Kolibris reduzieren daher die Frequenz und Amplitude ihres Flügelschlags, um ein zu hohes Aufsteigen zu vermeiden.

Bei niedrigeren Temperaturen ist die Luftdichte höher und der Auftrieb stärker. Kolibris reduzieren daher die Frequenz und Amplitude ihres Flügelschlags und schrumpfen ihren Körper, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Bei hohen Temperaturen ist die Luftdichte geringer und der Auftrieb schwächer. Kolibris erhöhen daher die Frequenz und Amplitude ihrer Flügelschläge und spreizen ihren Körper, um die Wärme abzuleiten.

4. Was uns Kolibris über das Schweben am Himmel lehren können

Kolibris können aufgrund ihrer einzigartigen Flügelstruktur und Bewegungsmethode sowie effizienter Strategien zur Energienutzung in der Luft schweben. Diese Eigenschaften ermöglichen es ihnen, sich an eine Vielzahl von Umgebungen und Bedingungen anzupassen und Aufgaben zu erfüllen, die andere Vögel nicht können. Sie können sich beispielsweise in der Luft über Blüten aufhalten, Nektar aufsaugen und Pollen verbreiten. Sie können Feinde oder Konkurrenten auch in der Luft verfolgen, angreifen oder vor ihnen fliehen. Sie können auch in der Luft balzen, sich paaren oder ihren Nachwuchs aufziehen.

Die Fähigkeit der Kolibris zu fliegen ist nicht nur für sie selbst von Vorteil, sondern auch für den Menschen. Menschen können fortschrittlichere Flugzeuge oder Roboter entwerfen und herstellen, indem sie die Flugprinzipien und -techniken von Kolibris beobachten und studieren.

So entwickelte die National Aeronautics and Space Administration (NASA) beispielsweise einst ein kolibriähnliches Mikroflugzeug, das schweben, wenden und in der Luft fliegen konnte, um die Umgebung und das Gelände des Mars oder anderer Planeten zu erkunden. Zu ähnlichen Projekten zählen der japanische Kolibri-Roboter und die chinesische Kolibri-Drohne. Diese Flugzeuge oder Roboter können Aufgaben erledigen, die für Menschen in manchen komplexen oder gefährlichen Situationen unmöglich oder unbequem sind, wie etwa Aufklärung, Rettung, Überwachung oder Übertragung.