L’aerodinamica degli insetti è misteriosa quanto l’aerodinamica degli aeroplani.

Brad, un pilota del Nebraska, scrive: Sta arrivando quel periodo dell’anno in cui sembra che passi più tempo a pulire gli insetti dai bordi d’attacco del mio Tripacer di quanto non lo faccia effettivamente pilotare. Ma mi sono chiesto: come volano i piccoli SOB, comunque? Le loro ali – da quel poco che resta di loro posso vedere – non sembrano avere alcun camber.

Brad, sento il tuo dolore. Dopo un piacevole inverno di leggere pulizie post-volo, sono ancora una volta impressionato da quanto sia affollato il cielo quando si tratta di quei nostri cugini volanti. Ma confesso che non avevo pensato molto al volo degli insetti – a parte la mancanza di capacità di evitare le collisioni da parte degli insetti maledetti – fino a quando non è arrivato il tuo messaggio.

Quindi ho approfondito questo problema per te, ed ecco cosa ho imparato: quasi nessuno sul pianeta comprende veramente l’aerodinamica degli insetti e i pochi che lo fanno non possono spiegarlo al resto di noi. Quindi, a questo proposito, l’aerodinamica degli insetti è assolutamente identica all’aerodinamica degli aeroplani.

A parte il fatto che sono, sai, totalmente diversi.

Naturalmente, per molto tempo gli scienziati sapevano di non sapere come gli insetti fossero in grado di volare, anche se gli insetti chiaramente potevano e, sulla base di prove fossili, lo facevano sin dall’inizio della storia della vita sul pianeta.

Notoriamente, o forse famigerato, nel 1934, l’ingegnere aeronautico e zoologo francese Antoine Magnan avrebbe “dimostrato” che i bombi erano incapaci di volare. Nel suo libro Le Vol des Insectesha scritto, “Ho applicato le leggi della resistenza dell’aria agli insetti e sono arrivato alla conclusione che il loro volo è impossibile”.

Parla di dire la cosa sbagliata sulla stampa. Il suo punto era semplicemente che il modo in cui gli insetti volavano rimaneva un mistero per la scienza e che l’uso delle leggi comprese del volo meccanico non era in alcun modo utile. Penso che sia stato un modo abbastanza intelligente per chiarire il punto, ma da allora il pover’uomo è stato il bersaglio delle battute di partito – e la rovina degli scienziati.

Inoltre, non ha mai menzionato specificamente i bombi, quindi chissà da dove venisse.

Esistono più di 1 milione di specie distinte di insetti volanti. (Da Larousse Universal)

Ad ogni modo, cinque decenni dopo, il biomeccanico Charles Ellington, educato a Cambridge, ha “dimostrato” la stessa cosa per un’ampia gamma di insetti.

Ha usato la fotografia ad alta velocità per studiare il posizionamento delle ali degli insetti in tutto il loro raggio di movimento in volo, quindi ha applicato la matematica aerodinamica tradizionale – inclusi angolo di attacco, velocità, densità dell’aria e superficie dell’ala – per calcolare la portanza a vari volte durante la corsa dell’ala. Poi li ha sommati tutti, confrontando la portanza generata con il peso degli insetti e, sì, hai indovinato, gli insetti “non possono volare”.

Neanche vicino.

Ma poi ha continuato a costruire una nuova base teorica per come la gestiscono comunque e il suo lavoro è diventato la genesi di un’esplosione di ricerca negli ultimi decenni.

Ora, sarò onesto: leggere queste cose mi fa male la testa. È interessante notare che è lo stesso identico mal di testa che ottengo leggendo sull’aerodinamica degli aeroplani.

E potrei aver sbagliato, ma il mio punto di vista è che gli insetti hanno più cose in comune con l’aerodinamica degli elicotteri che con l’aerodinamica degli aeroplani. E, poiché tutti sappiamo che gli elicotteri usano la magia nera per volare, questo dovrebbe porre fine a tutto ciò.

Ma so che vuoi più dettagli di così, quindi ecco qui… rompi l’aspirina…

R-44 Raven II dell’elicottero Robinson. (Foto cortesia Robinson Helicopter Company)

Aerodinamica degli insetti

Contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, gli insetti, in generale, non sbattono le ali. Invece, li ruotano in un arco ovale da prua a poppa (spiegando l’analogia con l’elicottero).

Molti insetti capovolgono anche le ali alla fine di ogni corsa in modo che l’ala sia angolata per generare portanza muovendosi sia avanti che indietro. L’angolo di attacco dell’ala è pazzesco, proprio nel punto di stallo, che genera una struttura di aria vorticosa chiamata vortice del bordo d’attacco.

Apparentemente è molto simile ai nostri vortici sulla punta dell’ala, ma questi piccoli tornado allineano l’intero bordo d’attacco dell’ala e il loro rapido movimento crea una bassa pressione fluente in stile Bernoulli sopra l’ala.

In un profilo alare fisso standard, questo vortice si separerebbe rapidamente dall’ala, ma l’azione mobile dell’ala dell’insetto mantiene il vortice in posizione.

Inoltre, la natura di salsa di mele incrociata delle ali in movimento attiva anche una proprietà chiamata wake capture, in cui l’ala recupera una percentuale dell’energia del vortice del colpo precedente. Il design dell’ala di alcuni insetti, in particolare le zanzare, consente anche un vortice simile sul bordo d’uscita dell’ala, per raddoppiare la portanza.

La conclusione è che le ali degli insetti generano più portanza di quanto sarebbe previsto dalla sola struttura, a causa della natura del modo in cui vengono dispiegate. Immagino che tu possa dire che a volte non è lo strumento, tanto quanto il modo in cui lo usi.

Così il gioco è fatto. Misteriosa, a suo modo, come l’aerodinamica del volo meccanico.

Incredibili prodezze di volo

Nel frattempo, durante la mia ricerca aerodinamica sugli insetti, ho scoperto alcune incredibili prodezze di volo e alcune (minuscole) curiosità sul volo che voglio condividere con te.

Dai un’occhiata: le ali degli insetti sono costituite da sclerotina, la stessa sostanza che forma i loro gusci esterni. Le ali sono super sottili, quindi per resistenza, la maggior parte ha nervature interne, longheroni e traverse fatte di tubi cavi dello stesso materiale.

La maggior parte degli insetti ha quattro ali, due su ciascun lato, quindi in termini di aeroplani sono bi-ali, anche se abbiamo anche alcuni volantini ad ala singola. Dopotutto, ci sono più di 1 milione di specie distinte di insetti volanti.

Alcuni insetti hanno muscoli attaccati alle ali. Questi sono chiamati insetti a volo diretto. Altri muovono le ali cambiando effettivamente la forma del loro corpo. Questi sono chiamati insetti di volo indiretto. I volantini diretti tendono ad avere ali più grandi con un battito più lento.

Parlando di battiti, gli insetti vantano una gamma da 20 battiti al secondo nelle libellule, a 200 volte al secondo con le mosche, a 1.000 volte al secondo per i moscerini.

Un moscerino. (Foto del Dipartimento di Conservazione del Missouri)

Molti insetti possono controllare le loro ali indipendentemente l’uno dall’altro per manovrare il volo, ma la capacità di volo degli insetti è molto variabile, da ciò che i funzionari dello Smithsonian Institution chiamano “goffo” a “acrobatico”.

Alcuni insetti possono volare all’indietro, lateralmente e persino verticalmente.

E sebbene apparentemente non comuni, alcuni possono eseguire veri hover. Molti insetti hanno organi chiamati cavezze, che sono giroscopi biologici che comunicano informazioni sull’atteggiamento alla creatura ronzante.

E se ti fa sentire meglio per la tua ultima corsa di hamburger da $ 100, anche il volo è costoso per gli insetti. Un’ora di volo consuma così tanta energia che le locuste perdono l’1% del loro peso corporeo totale.

Forse è per questo che, come alcuni piloti umani, alcuni insetti effettuano viaggi attraverso il paese come alianti, come gli afidi, che possono catturare le termiche per raggiungere i venti di quota più alta, e quindi possono planare per centinaia di miglia.

Scusate le femmine volanti, ma in molte specie solo gli insetti maschi sono in grado di volare. Tuttavia, il Fig Wasp è un’eccezione: solo le femmine volano.

Nel frattempo, purtroppo, alcuni insetti hanno le ali solo per parti del loro ciclo vitale.

gruppo di personaggi famosi

Ora, come i piloti umani, alcuni insetti sono dei record. Ecco una breve occhiata alla loro Hall of Fame:

  • Il volo più lungo di un insetto attraverso il paese: Painted Lady Butterfly, dal Nord Africa all’Islanda. Sono 4.000 miglia, gente.
  • Velocità più alta in volo livellato: Sphinx Moth, 33 mph.
  • Altitudine massima: 20.000 piedi, farfalle assortite. Non ho idea di come non si blocchino o soffrano di ipossia, ma ci mostra che l’altitudine non è la soluzione per evitare attacchi di insetti.
  • Volo di formazione più grande: cavallette africane, che possono viaggiare in sciami fino a 100 milioni (((brivido))).
  • Il più grande insetto volante: The White Witch Moth che, ironia della sorte, è nero, con un’apertura alare di oltre otto pollici.
  • Il più piccolo insetto volante: le fiabe, che hai bisogno di un microscopio per vedere, sono minuscole vespe che possono essere lunghe fino a 0,0059 pollici. Questo è punta a coda. Non riuscivo a trovare un’apertura alare su di loro. Immagino che se volassi attraverso uno sciame di quelli, non sarei più saggio.
La pulizia degli insetti dal suo aereo ha portato un lettore a chiedersi come volano gli insetti.

Ma parlando di eliminare i bug dei bordi d’attacco, del naso, dell’elica e dello spinner, le cose erano peggiori ai vecchi tempi. Nell’era paleozoica, alcune libellule avevano un’apertura alare di oltre due piedi.

Pensa a che pasticcio sarebbe quel tipo di bug strike da ripulire.