Physik: Warum können Hummeln fliegen?

Physik: Warum können Hummeln fliegen? Hummel im Anflug: Können die fleißigen Insekten theoretisch nicht fliegen?Falls Sie es noch nicht wussten, Hummeln sind wahre Wunder, die sich keinen Deut um die Gesetze der Physik kümmern und einfach tun, was unmöglich ist: Sie fliegen.

Nach den Regel der Aerodynamik dürften sie dazu nämlich nicht in der Lage sein, da sie viel zu dick und pummelig sind in Relation zu ihren kleinen Flügeln. Aber dennoch, die Hummel stört das nicht, sie fliegt einfach

von Blume zu Blume und holt sich den süßen Nektar aus den Blüten. - Ist das nun wirklich ein Wunder? Kann sie tatsächlich die Physik überlisten und tun, was unmöglich ist?

Ein Biologe trifft einen Aerodynamiker

Der Mythos der armen pummeligen Hummel, die gar nicht fliegen können dürfte, sich darum aber keinen Deut kümmert und es trotzdem tut, geht zurück auf den französischen Mathematiker André Sainte-Laguë, der ein Mitarbeiter des berühmten französischen Entomologen Antoine Magnan war. Im Buch "Der Flug der Insekten" schrieb er im Jahr 1934, dass Hummeln eigentlich gar nicht fliegen könnten, weil ihr Flügelpaar nur eine Flugfläche von 0,7 Quadratzentimeter hätte. Damit wäre die Hummel nicht in der Lage, genügend Auftrieb zu erzeugen, um ihr Gewicht von 1,2 Gramm in die Luft zu heben.

Zunächst wurde die Geschichte als Scherz unter den Studenten und dem Fachpersonal der Universitäten weiterverbreitet. Auch die weltweite Presse berichtete erfreute über das Wunder, das die Hummel täglich begeht, und sorgte so für kurzweiliges Amüsement unter der Bevölkerung. Irgendwann jedoch wurde aus dem Scherz mehr. Biologen und Physiker rechneten, grübelten, sprachen auf Konferenzen über das Hummel-Paradoxon, aber niemand fand so recht eine Antwort.

Eine Frage lässt sich nicht beantworten

Nach der Erkenntnis von André Sainte-Laguë begannen die Forscher weltweit,
dem Phänomen auf den Grund zu gehen. Anfangs dachte man, das Problem wäre schnell gelöst, aber das war ein Irrtum. Waren um 1940 noch viele Universitäten dabei, die Hummel eifrig zu untersuchen, trieb das kleine, gelblich-schwarz beharrte Insekt die Dozenten der Reihe nach zur Verzweiflung. Es wollte sich einfach keine Lösung finden lassen auf die Frage, wie die Hummel es nun schafft zu fliegen. Daher nahm die Zahl derer, die am Hummel-Paradoxon forschen, von Jahr zu Jahr ab. Makaber, aber auf anderen Gebieten machte die Menschheit rapide Fortschritte. Der Jetantrieb wurde erfunden und weiterentwickelt, man durchbrach die Schallmauer, erste Weltraumsonden wurden gestartet und Ende der Sechziger wurden sogar die ersten Menschen auf den Mond befördert.

Irgendwie war der Mensch in der Lage, die physikalischen Gesetze zu verstehen, sie richtig zu berechnen und sich zunutze zu machen. Aber dennoch: Die Hummel blieb ein tiefgründiges Mysterium, auf das niemand eine Antwort finden konnte. Und das sollte auch noch mehr als zwei Jahrzehnte so bleiben.

Die Hummel: Ein Insekt wie jedes andere - zumindest aus physikalischer SichtDer Hummel-Irrtum, der zum Mythos wurde

Im Jahr 1989 veröffentlichte John McMasters, ein ambitionierter Hobbyinsektenforscher und zudem ein Ingenieur bei Boeing, einen Artikel, in dem er dem Paradoxon mit

der Hummel auf den Grund ging. Was niemand ernsthaft berücksichtig hat: Hummeln sind deutlich kleiner als Flugzeuge. Auch wenn Sie sich in der selben Luft bewegen müssen wie Flugzeuge und demzufolge mit der gleichen Dichte und Viskosität zu interagieren haben, weisen sie auf Grund ihrer Größenordnung nach der Reynoldschen Zahl ein komplett anderes Strömungsfeld auf, was zu anderen Trägheits- zu Zähigkeitskräften führt.

Erste Theorien wurden dazu bereits in den 1930er Jahren von Physiker und Biologen entwickelt, jedoch aus unerklärlichen Gründen wieder verworfen. Insbesondere von Bedeutung sind Wirbel, die um die Flügel erzeugt werden, da sie entscheidend für zusätzlichen Auftrieb sorgen. Des Weiteren wurde noch ein weiterer Aspekt nur ungenügend berücksichtig, der ebenfalls zur Lösung des Problems beiträgt: Die Flügel der Hummel sind extrem beweglich, weswegen sie stark rotieren. Dies führt auf Grund physikalischer Gesetze zu einer virtuellen Vergrößerung der Flügel. Alleine wegen dieser Flexibilität stehen der kleinen Hummel statt der tatsächlichen 0,7 Quadratzentimeter stolze 0,95 Quadratzentimeter zur Verfügung. Ein Meisterwerk der Natur, das von den Ingenieuren dieser Welt erst einmal kopiert werden muss.

Im Jahr 1996 konnte Professor Charles Ellington von der Universität Cambridge dank modernster Kamera- und Windkanaltechnik die erstaunlichen Eigenschaften der Hummel experimentelle Nachweisen: Die Existenz der Wirbel konnte optisch dargestellt und damit bewiesen werden. Die Hummel trotzt also keineswegs den Gesetzen der Physik, sondern ist nur äußerst geschickt darin, sie sich zunutze zu machen.