ฟิสิกส์กับการบินของแมลง
นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะศึกษากลไกทางชีววิทยาเกี่ยวกับการบินและวิวัฒนาการการบินของแมลง โดยศึกษาฟอสซิลของแมลงที่บินได้ตั้งแต่ยุคคาร์บอนิเฟอรัส หรือประมาณ360ล้านปีที่ผ่านมา พบว่าแมลงมีวิวัฒนาการจากบรรพบุรุษเดียวกันกับพวกกุ้งคือเป็นสัตว์ที่มีโครงร่างแข็งภายนอก มีขาต่อเป็นข้อๆ การว่ายน้ำของสัตว์จำพวกกุ้งนั้นจะใช้ขา (ซึ่งเป็นข้อๆ ) ตีน้ำ กิ่งก้านที่แขนของแมลงยุคแรกวิวัฒนาการไปเป็นปีกแต่ไม่ได้ใช้บินหรือร่อน เพียงช่วยในการเคลื่อนที่หนีศัตรู ต่อมาวิวัฒนาการปีกให้ขยายใหญ่ขึ้นและกระพือปีกตกน้ำตีลม ทำให้สามารถเคลื่อนตัวไปตามน้ำได้ และมีการปรับตัวเคลื่อนที่ในอากาศได้
นักวิทยาศาสตร์ยังพบอีกว่าปีกของแมลงส่วนใหญ่จะทำงานคล้ายกับปีกเครื่องบิน และแมลงสามารถบินขึ้นและลงได้ การที่ปีกของแมลงสามารถทำให้แมลงยกตัวขึ้นและลงได้ก็มีลักษณะเดียวกับปีกของเครื่องบินส่วนที่อยู่กับที่(ซึ่งไม่สามารถปรับให้ขยับได้)เมื่ออากาศเคลื่อนที่เหนือปีกจะทำให้ความดันอากาศเหนือปีกต่ำกว่าความดันอากาศใต้ปีก จึงทำให้เกิดการลอยตัวขึ้น
ขณะที่แมลงกระพือปีก บริเวณขอบปีกด้านหน้าจะขยับเอียงลงและไปข้างหน้า หลังจากนั้นจะขยับเอียงสูงขึ้นแลไปข้างหน้า ทำให้เกิดเป็นลักษณะของเลข 8 การเคลื่อนที่ในลักษณะเช่นนี้ทำให้ปีกของแมลงปะทะกับอากาศด้วยมุมสูง(high angle)
สำหรับเครื่องบินนั้นเมื่ออากาศปะทะกับปีกกของเครื่องบินจะเกิดมุมปะทะที่ต่ำ(มุมแคบ) หรือเกือบขนานกับทิศทางที่เคลื่อนที่ ถ้ามุมที่ปะทะยิ่งสูง(มุมกว้าง) ก็จะยิ่งทำให้เครื่องบินยกตัวขึ้นได้สูง อย่างไรก็ตามถ้าปีกของเครื่องบินมีมุมปะทะอากาศมากกว่า 18องศา จะทำให้เครื่องบินสั่นสะเทือนและเสียการทรงตัว สำหรับแมลงนั้นสามารถควบคุมการกระพือปีกโดยให้ปีกทำมุมกับอากาศที่มาปะทะได้มุมที่กว้างกว่ามุมของเครื่องบินทำให้แมลงสามารถยกตัวขึ้นได้สูงมาก อย่างไรก็ตามมุมที่ปะทะนี้จะสูงได้มากที่สุดระดับหนึ่งเท่านั้น ถ้ามากกว่านี้แมลงก็เสียการทรงตัวเช่นกัน
การค้นพบในเรื่องดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้แนวคิดที่จะนำไปสร้างยานพาหนะขนาดเล็กซึ่งบินได้โดยให้ปีกของยานเลียนแบบปีกของแมลงคือ สั้น และกว้างและมีมุมที่ปะทะกับลมสูง ซึ่งยานที่มีลักษณะปีกเช่นนี้จะสามารถยกตัวขึ้นได้สูงมาก
ที่มา ดร.สมศรี ตั้งมงคลเลิศ
วารสาร สสวท
|