Bạn có thể nghĩ rằng một con chim ruồi chỉ đơn giản là đập đôi cánh của nó rất nhanh và mạnh, nó đẩy xuống không khí đủ để giữ cho cơ thể nhỏ bé của nó nổi lên. Hóa ra nó rất khó khăn hơn thế.
Bạn đã thấy một con chim ruồi nhỏ xíu bay lượn trước một bông hoa và sau đó phóng sang một con khác với tốc độ nhanh như chớp, và tự hỏi: Làm thế nào để nó làm điều đó?
Một mô phỏng khí động học ba chiều chi tiết mới của chuyến bay chim ruồi chứng minh rằng chim ruồi đạt được khả năng nhào lộn trên không nhanh nhẹn thông qua một tập hợp lực lượng khí động học độc đáo, gần với các loài côn trùng bay hơn so với các loài chim khác.
Mô phỏng siêu máy tính mới được sản xuất bởi một cặp kỹ sư cơ khí tại Đại học Vanderbilt, người đã hợp tác với một nhà sinh vật học tại Đại học Bắc Carolina tại Đồi Chapel. Nó được mô tả trong một bài báo được xuất bản vào mùa thu này trong Tạp chí Giao diện xã hội Hoàng gia.
Tín dụng hình ảnh: David Levinson / Flickr
Trong một thời gian, các nhà nghiên cứu đã nhận thức được sự tương đồng giữa chim ruồi và côn trùng bay, nhưng một số chuyên gia đã hỗ trợ một mô hình thay thế đề xuất rằng cánh chim ruồi có đặc tính khí động học tương tự như cánh quạt trực thăng.
Tuy nhiên, mô phỏng thực tế mới chứng minh rằng những con chim nhỏ sử dụng các cơ chế luồng khí không ổn định, tạo ra các luồng không khí vô hình tạo ra lực nâng mà chúng cần để bay lượn và bay từ hoa này sang hoa khác.
Bạn có thể nghĩ rằng nếu chim ruồi chỉ cần đập đôi cánh của nó đủ nhanh và đủ cứng thì nó có thể đẩy đủ không khí xuống dưới để giữ cho cơ thể nhỏ bé của nó nổi lên. Nhưng, theo mô phỏng, sản xuất thang máy phức tạp hơn thế nhiều.
Ví dụ, khi con chim kéo cánh về phía trước và xuống, các xoáy nhỏ hình thành trên các cạnh đầu và đuôi và sau đó hợp nhất thành một xoáy lớn, tạo thành một vùng áp suất thấp cung cấp lực nâng. Ngoài ra, những con chim nhỏ còn tăng cường thêm lực nâng mà chúng tạo ra bằng cách giơ cánh lên (xoay chúng dọc theo trục dài) khi chúng vỗ.
Chim ruồi thực hiện một thủ thuật khí động học gọn gàng khác - một mẹo khiến chúng khác biệt với họ hàng lông vũ lớn hơn của chúng. Chúng không chỉ tạo ra lực nâng tích cực ở hướng xuống, mà chúng còn tạo ra lực nâng ở hướng lên bằng cách đảo cánh. Khi cạnh đầu bắt đầu di chuyển về phía sau, cánh bên dưới nó xoay xung quanh để đỉnh cánh trở thành đáy và đáy trở thành đỉnh. Điều này cho phép cánh tạo thành một xoáy cạnh hàng đầu khi nó di chuyển lùi tạo ra lực nâng tích cực.
Theo mô phỏng, hướng xuống tạo ra hầu hết lực đẩy nhưng đó chỉ là do chim ruồi đưa thêm năng lượng vào nó. Upstroke chỉ tạo ra lực nâng 30% nhưng chỉ tốn 30% năng lượng, khiến cho cú bật lên không kém hiệu quả về mặt khí động học khi lực đẩy xuống mạnh hơn.
Ngược lại, những con chim lớn tạo ra gần như tất cả lực nâng của chúng ở phía dưới. Chúng kéo cánh về phía cơ thể để giảm lượng lực nâng âm mà chúng tạo ra trong khi vỗ lên.
Mặc dù chim ruồi lớn hơn nhiều so với côn trùng bay và khuấy động không khí dữ dội hơn khi chúng di chuyển, cách chúng bay có liên quan mật thiết với côn trùng hơn so với các loài chim khác, theo các nhà nghiên cứu.
Côn trùng như chuồn chuồn, ruồi nhà và muỗi cũng có thể bay lượn và phóng về phía trước và quay lại và bên cạnh nhau. Mặc dù cấu tạo của đôi cánh của chúng rất khác nhau, bao gồm một màng mỏng được làm cứng bởi một hệ thống tĩnh mạch, chúng cũng sử dụng các cơ chế luồng không khí không ổn định để tạo ra các xoáy tạo ra lực nâng mà chúng cần bay. Đôi cánh của chúng cũng có khả năng tạo ra lực nâng tích cực trên cả hướng lên và hướng xuống.