Federn und Vogelflug
Beschreibung Federn und Vogelflug
Federn und Vogelflug – Biologie
Es gibt viele Gründe dafür, dass Vögel fliegen können und wir nicht – die wohl entscheidendsten sind die Federn und Flügel der Vögel. Daher beschäftigen wir uns im Folgenden damit, wie diese aufgebaut sind.
Aufbau von Federn und Federarten
Es gibt unterschiedliche Arten von Vogelfedern, die verschiedene Funktionen erfüllen:
- Schwungfedern bilden die Tragfläche an den Flügeln.
- Schwanzfedern dienen der Steuerung beim Flug.
- Deckfedern bedecken Rumpf, Flügel und Schwanz.
- Unterfedern werden auch als Daunen bezeichnet. Sie isolieren und schützen vor Kälte. Nicht alle Vögel haben Unterfedern.
Darüber hinaus gibt es noch Spezialarten von Federn, die zum Beispiel bei Wasservögeln auftauchen.
Der Aufbau der verschiedenen Federarten unterscheidet sich natürlich leicht. Im Folgenden schauen wir uns die Schwungfeder genauer an, da sie ja Bestandteil der Flügel bzw. der Tragfläche sind.
Federn sind sehr leicht. Das ist von Vorteil, denn insgesamt darf der Vogel kein hohes Gewicht haben, um fliegen zu können. Der Kiel der Feder ist innen hohl und sorgt für eine hohe Stabilität. Als Spule wird der Teil des Kiels bezeichnet, der in der Haut des Vogels steckt. Äste mit Strahlen bilden die sogenannte Federfahne. Die Strahlen sind bogenförmig und haben auf der Unterseite Widerhaken. Die Äste stehen so nah beieinander, dass sich die Strahlen benachbarter Äste überlappen. Dadurch verhaken sich die Strahlen wie ein Klettverschluss ineinander und die Oberfläche der Federfahne ist zusammenhängend und luftundurchlässig. Erst durch die Luftundurchlässigkeit der Schwungfedern kann ein Auftrieb erzeugt werden wie bei den Tragflächen eines Flugzeugs.
Flügelform
Neben dem Vorhandensein von luftundurchlässigen Federn ist die Flügelform der Vögel entscheidend für ihre Flugfähigkeit. Um das zu verstehen, schauen wir uns den Querschnitt eines Vogelflügels an: Er ist nach oben gewölbt. Die Oberseite ist stärker gekrümmt als die Unterseite. Zudem ist der Flügel an der vorderen Kante verdickt und läuft nach hinten spitz zu.
Luft umströmt den Flügel daher folgendermaßen: Die zu umströmende Oberfläche ist durch die stärkere Krümmung oberhalb des Flügels größer als unterhalb. Beim Umströmen muss die Luft dort also eine höhere Geschwindigkeit haben. Dadurch entsteht über dem Flügel ein Unterdruck und unterhalb ein Überdruck. Durch diese Druckunterschiede entsteht oberhalb des Flügels ein Sog: Dadurch kann der Vogel abheben.
Auch die Flügel eines Flugzeuges sind auf ähnliche Weise geformt wie der Vogelflügel, da sie nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Bitte beachte jedoch, dass wir hier nur eine stark vereinfachte Darstellung des Flugprinzips behandelt haben. Zum sogenannten Auftrieb tragen noch weitere physikalische Phänomene bei.
Vögel – Flugarten
Die meisten Vogelarten nutzen – je nach Situation – verschiedene Arten des Vogelflugs. Manche Flugarten sind jedoch spezifisch für bestimmte Vogelarten.
Im Folgenden findest du eine Auflistung der verschiedenen Flugarten mit Beispielen:
- Ruderflug: Diese Flugart beschreibt das typische Auf- und Abschlagen von Vogelflügeln. Da so erst das Aufsteigen vom Erdboden erreicht wird, beherrscht nahezu jede Vogelart den Ruderflug.
- Segelflug: Beim Segelflug nutzen Vögel sogenannte Aufwinde. Diese entstehen dort, wo warme und kalte Luft vermischt wird, zum Beispiel an Berghängen oder Waldrändern: Die warme Luft steigt nach oben. Ein Vogel, der den Segelflug besonders gut beherrscht, ist der Storch.
- Gleitflug: Beim Gleitflug gleitet der Vogel in der Luft, ohne die Flügel zu bewegen. Dabei verliert er nach und nach an Höhe. Häufig fliegt die Möwe im Gleitflug.
- Rüttelflug: Hier schlägt der Vogel die Flügel auf und ab, bleibt aber an der gleichen Stelle in der Luft stehen. Das macht zum Beispiel der Falke, wenn er aus der Höhe seine Beute beobachtet.
- Sturzflug: Beim Sturzflug stürzt der Vogel mit dem Kopf voran und angelegten Flügeln nach unten. Dabei kann er sehr schnell werden. Diese Flugart verwendet unter anderem der Falke, wenn er nach der Beobachtung seine Beute fangen will.
- Schwirrflug: Beim Schwirrflug beschreiben die Flügel eine liegende Acht. Dadurch wird sowohl beim Aufschlag als auch beim Abschlag ein Auftrieb erzeugt. Ein Vogel, der diese Flugart beherrscht, ist der Kolibri.
Dieses Video
In diesem Video lernst du viel über den Vogelflug. Du weißt, wie die Federn von Vögeln aufgebaut sind und wie ihre Flügel geformt sind. Außerdem weißt du nun, welche Flugarten es gibt. Dein Wissen zu diesem Thema kannst du wie immer in den Übungen testen.
Transkript Federn und Vogelflug
Hallo! Fliegen wie ein Vogel - wer hat sich das noch nicht gewünscht? Aber warum können Vögel eigentlich fliegen? In diesem Video wollen wir die wichtigsten Kriterien erarbeiten, die es Vögeln ermöglicht zu fliegen. Schau zu und lerne, wie Vögel fliegen!
Federaufbau
Es gibt viele Faktoren, warum Vögel fliegen können. Die aller grundlegendsten sind die Form der Flügel und die Federn. Du kennst bestimmt die Bezeichnung „federleicht“. Denn Federn sind eben leicht. Das ist auch ganz wichtig, denn umso schwerer ein Vogel im Vergleich zur Körpergröße ist, desto schwerer ist es, zu fliegen.
So sieht eine Feder aus. In der Mitte das ist der Kiel. Der Teil, der in der Haut steckt, heißt Spule. Der Kiel ist Innen hohl - das erhöht die Stabilität. Vom Schaft aus zweigen kleine Äste in zwei Richtungen ab. Von jedem Ast wiederum gehen feine Strahlen ab. Alle Äste und Strahlen zusammen bilden die Fahne. Damit die Fahne luftundurchlässig wird, hat sich die Natur einen besonderen Trick einfallen lassen.
Die Strahlen, die von einer Seite eines Astes abgehen, sind bogenförmig. Auf der anderen Seite haben sie kleine Häkchen. Zwischen zwei Ästen kommen so immer zwei verschiedenartigen Strahlen zusammen. Wie bei einem Klettverschluss verhaken sich die Strahlen ineinander. Die Oberfläche der Fahne wird so zusammenhängend und luftundurchlässig.
Verschiedene Federn
Aber nicht alle Federn sind gleich. Die Tragflächen der Flügel bestehen z.B. aus Schwungfedern. Die Schwanzfedern hingegen dienen als Steuerruder. Die kleinen Deckfedern schützen den Rumpf, darunter befinden sich die flauschig weichen Daunenfedern. Die Daunen unter den Deckfedern sorgen dafür, dass die Körperwärme nicht verloren geht. Und die beträgt bei Vögeln immerhin 41 Grad!
Es sind vorallem die Schwungfedern, die dem Vogelflügel seinen charakteristischen Querschnitt verleiht. In diesem Querschnitt liegt das große Geheimnis des Fliegens. Wenn Luft über den leicht nach oben gewölbten Flügel streift, entsteht auf der Oberseite ein Unterdruck. Warum?
Die Luft unterhalb des Flügels strömt schnell vorbei. Die Luft oberhalb des Flügels ist ein bißchen langsamer, weil sie einen kleinen Bogen machen muss. Dadurch entsteht ein Unterdruck, ein Sog, der den Flügel nach oben zieht. Du kannst das in einem kleinen Versuch selber sehen.
Nimm ein Stück Papier und klemme es in ein Buch, so wie du es hier siehst. Wenn du jetzt von vorne über den Papierflügel bläst, erzeugt die Luft einen Sog auf der Oberseite. Das Papier wird nach oben gezogen. Bei einem Vogel werden also die Flügel nach oben gesogen und damit der ganze Vogel. Das ist das Geheimnis des Fliegens. Schau dir mal einen Flugzeugflügel genau an. Du wirst sehen, dass er den gleichen Querschnitt hat, wie ein Vogelflügel... Und jetzt weißt du auch warum...
Auftrieb
Aber wie gewinnen Vögel an Höhe? Natürlich nutzen sie den Flügelschlag um an Auftrieb zu gewinnen. Man nennt diese Votbewgung auch Ruderflug. Es gibt jedoch noch eine weitere Hilfe um an Höhe zu gewinnen, den sogenannten Segelflug. Die Luft über einer Landschaft ist nicht überall gleich warm. Über Wäldern ist sie kälter, über freien Ackerflächen z.B. wärmer. Wo wärmere und kältere Luft sich vermischen entstehen Aufwinde und Fallwinde. Denn warme Luft ist leichter ist als kalte und steigt deshalb auf. Viele Vögel nutzen die Aufwinde, um an Höhe zu gewinnen. Wenn z.B. der Mäusebussard im Gleitflug zu weit in Richtung Boden abgesunken ist, gleitet er in wärmere Luft und wird von ihr wieder nach oben getragen. Anschließend kann er wieder langsam nach unten gleiten.
Gleitflug
Mithilfe des Auftriebs kann der Vogel den Gleitflug meistern. Gleitflug heißt: Der Vogel startet auf einer gewissen Höhe, breitet seine Schwingen aus und gleitet nach unten. Durch den Auftrieb seiner Flügel plumpst er nicht sofort nach unten, sondern kann eine sehr lange Strecke gleitend zurücklegen. Von 10 Meter Höhe schafft eine Taube ganze 90 m Gleitflug. Ein Bussard - ein hervorragender Gleiter - schafft sogar fast 200 Meter! Und das ohne einen einzigen Flügelschlag.
Zusammenfassung
Das Geheimnis des Fliegens liegt also in den Federn und in der Flügelform der Vögel. Die Federn sind leicht und luftundurchlässig. Der spezielle Querschnitt des Flügels sorgt für Auftrieb beim Gleiten und Segeln. Beim Ruderflug werden die Flügel geschlagen und sorgen so ebenfalls für Auftrieb. Außerdem nutzen Vögel zusätzlich warme Luftströme die nach oben steigen. Mit diesem Wissen kannst du jetzt zwar immer noch nicht selber fliegen - aber du weißt immerhin, wie es bei den Vögeln funktioniert! Tschüss!
Federn und Vogelflug Übung
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Bestimme, welche Form des Flügels sich am besten zum Fliegen eignet.
TippsStelle dir die verschiedenen Flügelformen in einem Luftstrom vor. Welche Form würde den Vogel eher bremsen und welche würde bewirken, dass der Vogel in der Luft bleibt?
Welche Form muss der Querschnitt des Flügels haben, damit die Luft oberhalb des Flügels schneller strömt als unterhalb?
LösungDie Flügelform ist entscheidend für das Fliegen. Flügelformen, die nach vorne hin breiter sind, würden den Vogel und auch das Flugzeug bremsen. Der Luftstrom würde nach oben und unten abgelenkt werden. Ein komplett gerader Flügel könnte zwar besser von der Luft umströmt werden, aber es würde keinerlei Auftrieb entstehen, denn die Luft umströmt den Flügel oberhalb und unterhalb gleich schnell. Genauso wäre es bei einem Flügel, der vorn nach oben und hinten nach unten gebogen ist. Nur wenn beide Enden nach unten gebogen sind, ist der Weg, den die Luft oberhalb zurücklegt, länger. So strömt die Luft schneller und der Auftrieb entsteht. Beim Vogel hat sich dieses Prinzip im Laufe der Evolution entwickelt. Die Techniker von Flugzeugen machen sich genau dieses Prinzip zu Nutze. Das Übertragen von Phänomenen aus der Natur in die Technik nennt man übrigens Bionik.
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Erkläre, warum Vögel fliegen können.
TippsDie Vögel besitzen verschiedene Federtypen. Welcher eignet sich wohl am besten zum Fliegen?
Welcher Weg ist für die Luft beim Umströmen länger? Der unterhalb des Flügels oder der oberhalb?
Durch die schnellere Luft entsteht ein Druckunterschied. Dort, wo die Luft schneller strömt, herrscht ein höherer Druck.
LösungAm Flügel eines Vogels sitzen hauptsächlich Schwungfedern. Diese sind besonders fest und bilden durch ihre Form die besondere Wölbung des Vogelflügels. Diese Wölbung bewirkt, dass die Luft, die oberhalb des Flügels vorbei strömt, einen längeren Weg zurücklegen muss als unterhalb. Dadurch wird die Luft oben schneller. Da nicht genug Luft nachkommt, entsteht ein Unterdruck, der einen Sog nach oben am Flügel bewirkt. Er zieht den Flügel und so den gesamten Vogel in die Luft.
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Beschrifte den Aufbau der Feder.
TippsAm Schaft einer Feder befinden sich zwei Fahnen.
Die Fahnen bilden die größte Fläche an der Feder.
LösungMithilfe der Spule ist die Feder in der Haut befestigt. Heraus ragt der Kiel in der Mitte. Er geht in den Schaft über, an dem die beiden Fahnen befestigt sind. Der Aufbau der Fahne variiert zwischen den verschiedenen Federtypen. Bei den Schwungfedern ist die Fahne besonders stabil, denn sie dienen hier als Tragfläche. Bei den Daunenfedern ist die Fahne dagegen weich und fluffig, sodass sie sehr gut vor Kälte und Wärme schützen. Wusstest du, dass der Federkiel früher zum Schreiben verwendet wurde? Hierfür mussten die Federkiele erst bearbeitet werden. Nach dem Zuschneiden und Schärfen konnte man die Federkiele in Tinte tunken und zum Schreiben verwenden.
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Erkläre, wie der Ruderflug funktioniert.
TippsSchau dir die Bilder zum Ruderflug genau an und versuche dir die Bewegung vor deinem geistigen Auge vorzustellen.
Bei welcher Bewegung gewinnt der Vogel an Höhe und bei welcher bleibt er auf derselben Höhe?
LösungBeim Ruderflug stößt sich der Vogel immer wieder nach oben, indem er Luft mit seinen Flügeln nach unten verdrängt. Um sich beim Aufschlag nicht wieder nach unten zu drücken, zieht er die Flügel nah an seinen Körper, um so wenig wie möglich Luft zu verdrängen. Durch verschiedene Armstellungen beim Schlagen kann der Vogel zusätzlich nach vorn beschleunigen. Auf diese Weise steuert er auch, in welche Richtung er fliegt. Für den Ruderflug benötigt der Vogel besonders viel Energie. Daher fliegt er nie längere Strecken im Ruderflug, sondern legt immer wieder Gleitphasen dazwischen ein.
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Gib die Funktion der verschiedenen Vogelfedern wieder.
TippsÜberlege dir, an welcher Stelle des Körpers die verschiedenen Federn vorkommen.
Sieh dir noch einmal das Bild der verschiedenen Federn an. Ganz links siehst du eine Schwungfeder, rechts daneben eine Schwanzfeder. Die kleine Feder ganz rechts ist die Daunenfeder, daneben siehst du die Deckfeder.
LösungDie Schwungfedern sitzen an den Flügeln eines Vogels. Mit ihnen schwingt er beim Fliegen. Die Schwanzfedern funktionieren beim Vogel ähnlich wie das Seitenruder eines Flugzeuges. Deck- und Daunenfedern kommen hauptsächlich am Vogelrumpf vor. Die Deckfedern schützen den Rumpf nach außen hin und die Daunenfedern wärmen den Vogel. Übrigens benutzt man deshalb die Daunenfedern auch in Bettdecken und Kopfkissen.
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Erkläre, wie der Albatros so weite Strecken zurücklegen kann.
TippsEs ist für den Albatros aufgrund seines Gewichts unglaublich anstrengend zu fliegen. Beachte also, dass seine Flugtechnik besonders energiesparend sein muss.
Die große Flügelspannweite des Albatros ist für seine Flugtechnik besonders bedeutend. Allein seine großen Flügel halten sein hohes Gewicht in der Luft.
Der Gleitflug hat nur eine begrenzte Reichweite. Die Schwerkraft arbeitet immer gegen den Vogel, weshalb er eine Technik braucht, um wieder an Höhe zu gewinnen.
LösungFür einen so großen Vogel wie den Albatros kommt der Ruderflug nicht in Frage. Das Flügelschlagen würde viel zu viel Kraft kosten. Daher nutzt der Albatros den Segelflug. Er wird von vielen Vögeln genutzt, um Energie zu sparen. Durch seine großen Flügel kann er besonders gut gleiten und um an Höhe zu gewinnen, kann er besonders gut Aufwinde nutzen. Der Albatros lebt auf Felsinseln im Meer. Daher fliegt er besonders oft über das offene Wasser. Die Sonnenstrahlen werden von der Meeresoberfläche reflektiert und erwärmen die Luft. Warme Luft steigt nach oben und wird zusätzlich vom starken Wind auf dem Meer verwirbelt. Der Albatros kann diese Winde optimal nutzen. Der besondere Segelflug des Albatros heißt auch dynamischer Segelflug. Er wird auch von Segelflugzeugen genutzt.
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29 Kommentare
hab es jetzt versanden
es hat mir sehr geholfen danke
Supi erklärt thx:3
Liebe Aleykin,
da wir dir die Lösung der Aufgabe nicht einfach vorgeben können, wäre es schön, wenn du dich bei der nächsten Gelegenheit an den Hausaufgaben-Chat oder die Lehrerbox wendest. Dann versuchen wir mit dir gemeinsam an einer Lösung zu arbeiten.
Liebe Grüße aus der Redaktion
Ich habe eine frage. Nämlich müssen wir einige Sachen berechnen. Z.b. muss man berechnen, wenn die ?gleitzahl? 17 ist wie hoch der Vogel sein muss um eine so und so weiter Strecke zu gleiten