Hummel-Paradoxon
Das Hummel-Paradoxon beschreibt ein scheinbares Paradoxon der Aerodynamik, nach dem Hummeln nicht fliegen können.
Geschichte und Beschreibung
In der populären Literatur hält sich die Legende, eine Hummel könne nach den Gesetzen der Aerodynamik nicht fliegen. Die Geschichte kursierte Anfang der 1930er Jahre zunächst als Scherz unter Studenten des renommierten Aerodynamikers Ludwig Prandtl an der Universität Göttingen und wurde begierig von der Presse aufgenommen.[1][2] Nach dieser Geschichte soll eines Abends in einer Gaststätte ein Biologe einen Aerodynamiker gefragt haben, warum eine Biene oder Hummel fliegen könne. Die Antwort des Aerodynamikers soll nach einer kurzen Berechnung auf einem Bierdeckel oder einer Serviette in etwa so gelautet haben:
- Die Hummel hat 0,7 cm² Flügelfläche und wiegt 1,2 Gramm. Nach den Gesetzen der Aerodynamik ist es unmöglich, bei diesem Verhältnis zu fliegen.
Dazugedichtet wurden meist noch anschließende Sätze wie:
- Die Hummel kümmert das nicht und sie fliegt trotzdem. oder
- Da die Hummel die Gesetze der Aerodynamik nicht kennt, fliegt sie dennoch.
Der Aerodynamiker soll seine Berechnungen vor dem Hintergrund, dass er die Flügel der Hummel fälschlich als steif angenommen hatte, nochmals überdacht haben. Aus der späteren Antwort ließ sich aber wohl keine Schlagzeile machen. Es ist umstritten, wer dieser Aerodynamiker war. In einigen Quellen wird vermutet, dass es sich um den Schweizer Gasdynamiker Jacob Ackeret (1898–1981) gehandelt haben könnte. Nach anderen Quellen war es André Sainte-Laguë, ein Mathematiker und Mitarbeiter des französischen Entomologen Antoine Magnan. Letzterer erwähnt eine ähnlich lautende Behauptung seines Assistenten zum Flug der Insekten im Jahr 1934 in seinem Buch Le Vol des Insectes (deutsch Der Flug der Insekten).[3]
Physikalische Erklärung
Tatsächlich existiert hier kein Paradoxon. Hummeln sind sehr viel kleiner als Flugzeuge. Sie bewegen sich jedoch in der gleichen Luft mit der gleichen Dichte und der gleichen Viskosität. Dies hat zur Folge, dass die Reynolds-Zahl für den Hummelflug viele Größenordnungen kleiner ist als die für den Flugzeugflug. Damit unterscheiden sich die Formen des Strömungsfelds um die Flügel erheblich. Theorien hierzu wurden bereits in den 1930er Jahren entwickelt. Dabei spielten insbesondere Wirbel eine entscheidende Rolle. Der experimentelle Nachweis dazu wurde im Jahr 1996 erbracht, als Charles Ellington von der Universität Cambridge Versuche zum Insektenflug vornahm: Durch den Flügelschlag werden Wirbel erzeugt, die der Hummel den nötigen dynamischen Auftrieb verschaffen. Mithilfe einer Superzeitlupenkamera fand Ellington heraus, dass die Hummel ihre Flügel bis zu 200-mal pro Sekunde kreisförmig bewegt und dabei einen tornadoartigen Luftwirbel (Tornado-Effekt) erzeugt. Dadurch entsteht ein Unterdruck, und die Hummel erhebt sich in die Luft. Eine Geschwindigkeit von 20 km/h ist dabei kein Problem für sie. Im Jahr 2012 wurde in der Mitte der Flügel ein kleines Gelenk entdeckt, das wie der Rest des Flügels aus dem Protein Resilin besteht. Mit dem Gelenk lässt sich der Flügel abknicken. Wenn es im Versuch außer Funktion gesetzt wurde, konnten die Hummeln 8,6 % weniger Gewicht tragen.[4]
Einzelnachweise
- Ivars Peterson: Flight of the Bumblebee. In: sciencenews.org. 9. September 2004, abgerufen am 8. Februar 2022 (englisch).
- Ausführlicher Artikel von Peterson in seiner Kolumne Mathtrek, MAA (Memento vom 2. Juli 2013 im Internet Archive)
- Theresa Moebus: Sind Hummeln wirklich zu dick zum Fliegen? In: Spektrum.de. 20. März 2015, abgerufen am 30. September 2018.
- Andrew M. Mountcastle, Stacey A. Combes: Wing flexibility enhances load-lifting capacity in bumblebees. In: Proceedings of the Royal Society B. 27. März 2013, abgerufen am 28. März 2016 (englisch).