پرواز بدون موتور:

سرعت و شتاب شاهین های ایده‏آل بهنگام شیرجه زدن و اوج گرفتن.

خلاصه:

برخی از شاهین ها همانند بازها (Falco Peregrinus) در هوا و با حداکثر سرعت شیرجه به شکار خود حمله می‏کنند. و تصور می‏شود که آنها سریعترین حیوانات هستند. حداکثر سرعت آنها بهنگام شیرجه در حدود ۱۵۷ متر بر ثانیه اندازه گیری شده است، البته سرعت به این بالایی به دقت اندازه گیری نشده است. در این بخش تاثیر نیروهای آترودینامیکی و جاذبه ای (گرانشی) را برروی شاهینهای ایده‏آل مورد بررسی قرار داده و برای محاسبه سرعت و شتاب حین شیرجه زدن از مدلهای ریاضی استفاده می کنیم. شاهین ایده‏آل (مدل) دارای جرمی معادل ۵/۰ تا ۲ کیلوگرم هستند از نظر خصوصیات اندام شناسی در آنرودینامیکی مشابه شاهین های واقعی هستند.

حداکثر سرعت شیرجه زدن بستگی به وزن پرنده و زاویه و مدت شیرجه دارد. در زمان مناسب شاهینهای ایده‏آل می توانند در یک شیرجه قائم به حداکثر سرعتی بین ۸۹ تا ۱۱۷ متر برثانیه برسند، در صورتیکه ضریب مقاومت هوا را ۱۸/۰ فرض کنیم پرنده‏های سنگینتر می توانند به سرعتهای بالاتری نیز برسند. این مقادیر در پروازهای با سرعت کم اندازه‏گیری شده است در پروازی با سرعت بالاتر می توان این مقدار را تا ۰۷/۰ کاهش داد. در اینحالت حداکثر سرعت بین ۱۳۸ تا ۱۷۴ متر بر ثانیه خواهد بود. در یک شاهین ایده‏آل به وزن یک کیلوگرم که با زاویه بین ۱۵ تا ۹۰ درجه شیرجه می‏زند بعد از حدود ۱۲۰۰ متر به ۹۵% حداکثر سرعت خود می‏رسد. مقدار زمان سپری شده و افت ارتفاع برای رسیدن به ۹۵% حداکثر سرعت در رنجی بین ۳۸ ثانیه و ۳۲۲ متر در زاویه ۱۵ درجه تا ۱۶ ثانیه و ۱۱۴۰ متر در زاویه ۹۰ درجه قرار دارد.

بهنگام اوج گرفتن مجدد پس از یک شیرجه قائم و در حداکثر سرعت، یک شاهین ایده‏آل با وزن یک کیلوگرم با تغییر فاصله بالهای خود می تواند نیروی بالا برنده‏ای تا ۱۸ برابر وزن خود ایجاد کند در حالیکه نیروی بالا برنده در هنگامی که بال، کاملاً باز است ۷/۱ وزن بدن می باشد.

شاهین هنگام اوج گرفتن پس از یک شیرجه ۶۰ متر از ارتفاع خود را از دست می‏دهند با کاهش زاویه شیرجه مقدار افت و افزایش ارتفاع نیز کاهش پیدا می کنند. یک شاهین یک کیلوگرمی می تواند با افزایش مقاومت هوا و زاویه بالهای خود سرعت شیرجه زدن را کاهش دهد. هم نیروی بالابرنده و هم نیروی مقاومت هوا را می‏‏توان با زاویه حمله افزایش داد ولی شاهین می تواند نیروی بالا برنده را با نگه داشتن بالهای خود به شکل یک گودال (یا فنجان) افزایش دهد بنحوی که بخشی از این نیرو از بغل وارد شود. فشار هوای افزایش یافته توسط بالها می‏تواند حداکثر نیروی بالا برنده را ایجاد کند. این نیرو آنقدر بزرگ است که شاهین می تواند در یک شیرجه با زاویه ۴۵ درجه سرعت ۴۱ متر بر ثانیه (نصف حداکثر سرعت) با شتابی معادل ۵/۱- برابر شتاب جاذبه از سرعت خود کم کند.

شاهینهای واقعی می‏توانند با تغییر در بالها و انتخاب طول شیرجه سرعت خودشان را کنترل کنند. با استفاده از شیرجه شاهینهای ایده‏آل در سرعتهای بالا می توان به مزایا و معایب آن در شاهینهای واقعی پی برد همچنین می توان نحوه حفظ این سرعتها را نیز بررسی نمود.

مقدمه:

بسیاری از پرندگان با بالهای باز و در یک مسیر مستقیم و با سرعت شیرجه بالا به شکار خود حمله می‏کنند. این رفتار عمدتاً ویژگی بازها می‏باشد (Falco Peregrinus) شاهینها می توانند در هوا به سایر پرندگان بچسبند، معمولاً این عمل بعد از یک شیرجه شگفت انگیز که صدها متر بالاتر از شکار شروع می شود، انجام می‏گیرد. قبل از شیرجه یک باز عموماً با بال زدن سرعت خود را افزایش می دهد، سپس با جمع کردن بالهای خود شروع به شیرجه زدن کرده و با تغییر مسیر خود، به مسیری که با افق زاویه‏ای ۱۵ تا ۹۰ درجه می‏سازد قرار می‏گیرد. پرنده در طی شیرجه با صرف انرژی پتانسیل به سرعت خود اضافه می کند. و ممکن است به حداکثر سرعتی که یک جانور می تواند برسد، دلت پیدا کند، این سرعت به میزان تا ۱۵۷ متر بر ثانیه برآورد شده است. حتی اگر این برآورد صحیح هم باشد دقت آن شناخته شده نیست زیرا اندازه‏گیری سرعت شیرجه یک شاهین مشکل است. برای این کار به وسایل اندازه‏گیری پیچیده نیاز است.