Tilbake til siden HVORDAN SOMMERFUGLER FLYR

Sommerfugler (Vanessa atalanta) - Take-off - Oppover

Ole Terland, 281216. Originale data. Kopiering tillatt mot å referere til Ole Terland og oppgi denne sides internettadresse.

Admiral sommerfugl (Vanessa atalanta), 190615, Årviknes (Jondal). Sommerfuglen satt på en stein, og plutselig lettet den, uten at det var noen åpenbar ytre påvirkning som førte til at den lettet. Filmet med Casio Exilim EX-f1 med 600 rammer/s. Ved start ble vingene holdt i ca. 10 graders vinkel (der 0 grader er rett opp, og 90 grader er rett ut).

Summary By high speed (600 f/s) video it is shown that a butterfly (Vanessa atalanta) deliberately can fly upwards during take-off.

Sammendrag Alle avstander er relatert til framvingens lengde, som er anslått å være 25 mm. Tid er regnet ut fra at det er 1,67 ms mellom hvert bilde. En Admiralsommerfugl veier 290 mg (avrundet gjennomsnittsverdi). Venstre akse (0-90): Kroppens stilling i forhold til horisontalplanet (grader). Målefeil anslås til 5 grader. Høyre akse(0-30): Avstand sommerfuglen har beveget seg i vertikal retning (mm) der blå kurve viser hvordan sommerfuglens hodet og grå kurve viser hvordan sommerfuglens haletipp har forflyttet seg. Målefeil er omkring 2 mm. Loddrett rød strek til venstre i bildet angir tidspunkt for når første nedoverslag er 90 grader. Loddrett rød strek til høyre i bildet angir tidspunkt for når første oppoverslag er 90 grader. Loddrett grønn strek angir omtrent tidspunkt for reversering fra første nedoverslag til første oppoverslag.

1. Etter 17 ms (bilde nr. 11 under) er nedoverslaget 90 grader (markert med rød loddrett strek til venstre i bildet). Kroppen har rotert fra 11 til 40 grader. Hodet har løftet seg 7 mm i vertikal retning, mens halen ikke har flyttet seg. 2. Etter 27 ms (bilde nr. 7 under) er nedoverslaget 110 grader (markert med grønn linje). Nedoverslaget avsluttes ved denne vinkelen, og så begynner oppoverslaget. 3. Etter 43 ms (bilde nr. 27 under) står sommerfuglen nesten loddrett i luften. Hodet har nå flyttet seg 21 mm rett opp og halen har flyttet seg 12 mm. Etter 43 ms begynner sommerfuglens lengdeakse å flate ut i forhold til horisontalplanet. Mest sannsynlig gir det pågående oppoverslaget et drag på vingene nedover. 4. Interessant er det at sommerfuglen holder konstant hastighet oppover i den fasen der kroppens akse øker fra 60 til 80 grader (bildene 16-26). Hypotese: 5. Resultanten for løftekraften er i et punkt som kalles "løftesenter". Dette løftesenteret vil forskyve seg avhengig av hvordan sommerfuglen holder vingene. Sommerfuglens tyngdepunkt er på samme sted i sommerfuglen. Sommerfuglens bane blir bestemt av hvor løftepunktet ligger i forhold til tyngdepunktet, og den relative verdien av vertikal og horisontal kraftkonponent (ut fra løftepunktet). Legg merke til at etter som sommerfuglen beveger seg langs sin bane, kan de ulike parametre endres. En sommerfuglen kan forskyve tyngdepunktet noe, ved å løfte abdomen (men ikke under dette opptaket). 5. Sommerfuglen velger her et flyvemønster som gjør at kroppen roteres til nær loddrett posisjon. Endring av kroppens lengdeakse fra 11 til 80 grader krever krefter (rotasjon). At sommerfuglen velger å fly rett opp, gjør at dens flyhastighet går ned (akselerasjonen nedover er alltid 9,8 ms-2). Flyhastigheten er så lav som 0,33 ms-1 (mellom 30 og 50 ms). Dette er omtrent halvparten av den farten en Rapssommerfugl oppnådde da den fly rett bakover.

Bildene under er hentet fra filmen i tidsriktig rekkefølge. Det er 1,67 ms mellom hvert bilde. Første nedoverslag starter ved bilde nr 1. Ved filmopptak med 600 rammer/s er oppløsningen ikke fullgod.

1. t=0 Utgangsposisjon. Legg merke til at kroppens lengdeakse danner ca 10 grader mot horisontalplanet.

2. t=1,7 ms etter start.

3. t=3,3 ms etter start.

4. t=5,0 ms etter start.

5. t=6,7 ms etter start.

6. t=8,4 ms etter start.

7. t=10,0 ms etter start.

8. t=11,7 ms etter start.

9. t=13,4 ms etter start.

10. t=15,0 ms etter start.

11. t=16,7 ms etter start. Nedoverslaget er 90 grader. Sommerfuglen har rotert fra 11 grader (utgangsposisjon) til 40 grader. Sommerfuglens hode har løftet seg 8 mm. Halen har løftet seg kun 2 mm. Løftekraften er høyest når vingene står 90 grader ut fra kroppen. LED (leading edge vortex) ligger over vingens forkant. LED kan ha svært lang levetid, så selv om vingen slutter å slå videre (utover 90 grader) er løftekraften fortsatt til stede. Ettersom det er rotasjon som dominerer de første 17 ms av take-off, kan vi slutte at løftekraftens angrepspunkt ligger litt foran sommerfuglens tyngdepunkt. Hypotese: Ved å føre vingene framover kan vektoren for løftekraft føres framover, og ved å føre vingene bakover kan løftevektoren likeledes flyttes noe bakover. Legg merke til at under hele denne flukten endres ikke hode-thorax-abdomen aksen. Sommerfuglen kan på denne måten kontrollere kroppens pitch under take-off.

12. t=18,3 ms etter start.

13. t=20,0 ms etter start.

14. t=21,7 ms etter start.

15. t=23,4 ms etter start.

16. t=25,0 ms etter start.

17. t=26,7 ms etter start. Nedoverslaget når sitt maksimale utslag, omkring 110 grader. Sommerfuglen holder vingene lenge i denne posisjon (se også det forrige og det neste bildet). Vingenes bevegelser styres i sin helhet fra sommerfuglens hjerne. Sommerfuglen kan kontrollere både kontraksjonskraft (vinkelhastighet) og amplitude, samt kan stoppe/starte vingebevegelsene når som helst. Sommerfuglen har proprioreseptorer for kroppens og vingenes stilling, for akselerasjon, flyhastighet, og vind. Samt et meget godt syn, særlig i forhold til den hastigheten omgivelsene forandrer seg med. Alt dette (og sikkert mye mer) prosesseres i sommerfuglens hjerne, som til slutt gir nervesignaler til flyvemusklene. Sett med menneskelelig øyne skjer alle detaljer under sommerfuglens take-off svært meget raskt, raskere enn vi kan oppfatte. Grensen for hvor raskt en sommerfugl kan reagere ligger på hvor raskt en muskel kan kontrahere seg. En annen begrensning ligger i hvor raskt nervecellene i hjernen kan prosessere de ulike impulser. Det er f.eks. vist at det tar 8 ms før et synsinntrykk kan gi en motorisk respons. La oss gjøre et tankeeksperiment: Plutselig oppstår en hindring som gjør at sommerfuglen ikke kan komme videre etter den opprinnelige planen. La oss si at denne hindringen oppstår plutselig 2 cm foran sommerfuglen. Før da sommerfuglen kan reagerer med å endre vingeutslagene (8 ms fra hindringen oppstår til vingeslagene kan endres), vil denne sommerfuglen ha forflyttet seg maksimalt 4 mm. Da kan vi konkludere at sommerfuglen har rikelig tid til å finne en annen vei. Således unngår sommerfuglen å kollidere med hindringen.

18. t=28,4 ms etter start.

19. t=30,0 ms etter start.

20. t=31,7 ms etter start.

21. t=33,4 ms etter start.

22. t=35,1 ms etter start. Vingene er i oppoverslag, og passerer her 90 grader. Legg merke til at oppoverslaget fortsetter på alle de påfølgende bildene.

23. t=36,7 ms etter start.

24. t=38,4 ms etter start.

25. t=40,0 ms etter start.

26. t=41,8 ms etter srart.

27. t=43,4 ms etter start. På dette bildet står sommerfuglen nesten loddrett i luften, for deretter på de neste bildene begynne å flate ut. På det siste bildet danner kroppens lengdeakse 68 grader mot horisontalplanet.

28. t=45,1 ms etter start.

29. t=46,8 ms etter start.

30. t=48,4 ms etter start.

31. t=50,1 ms etter start.

32. t=51,8 ms etter start.

DISKUSJON: I artikkelen til Sundada et al (se detaljer under) er det beregnet at den største løftekraften kommer tidlig under nedoverslaget. Den løftekraften dette første nedoverslag genererer er meget kraftig, slik at sommerfuglen er i luften allerede etter et halvt nedoverslag. Målinger har vist at maksimal løftekraft kan være opptil 10 x sommerfuglens vekt. Denne sterke løftekraften genereres kun en meget kort tid. Men kraften er sterk nok og langvarig nok til å gi sommerfuglen akselerasjon som er sterk nok til å løfte dyret også mot tyngdekraften. Denne internettsiden er et eksempel på at en sommerfugl kan skyte seg selv opp som en pil!

Referanser: Sunada S, Kawachi K, Watanabe I, Azuma A. Performance of a butterfly in take-off flight. J exp Biol (1993) 183;249-277. Definisjon på "løftepunkt" og "trykkpunkt" når det gjelder flyteori, kan du lese om her: https://flygeek.files.wordpress.com/2010/11/01_flygeteori.pdf