Het wonder van de vogelvlucht
Door Ontwaakt!-correspondent in Australië
BIJ het Schotse kasteel Stirling had zich een menigte verzameld om een spectaculaire gebeurtenis gade te slaan. Daar, op het dak, staat een Italiaanse alchemist die heeft aangekondigd dat hij met speciaal ontworpen vleugels, rijkelijk voorzien van vogelveren, naar Frankrijk zal vliegen.
Daar gaat hij! Maar waar landt hij nu? Aan de voet van het kasteel, met een gebroken dijbeen! Zo eindigde een zestiende-eeuwse poging om het wonder van de vogelvlucht na te bootsen.
Mensen zijn al vanaf de vroegste tijden gefascineerd geweest door het vliegen van vogels. Ongeveer drieduizend jaar geleden schreef een scherpe waarnemer van de wereld om hem heen, dat „de weg van een arend in de hemel” voor hem „te wonderlijk” was gebleken om te begrijpen. — Spr. 30:18, 19.
Lange tijd hebben veel mensen gemeend dat als een mens maar veren zou hebben en met vleugels kon klapperen, hij wel zou kunnen vliegen. De laatste twee eeuwen hebben echter wel uitgewezen dat vogels veel wonderbaarlijker voor het vliegen zijn toegerust dan men voordien heeft gemeend. Tot de unieke uitrusting waarover ze beschikken, behoren hun veren, hun vleugelvorm, hun gespecialiseerde spieren, lichaamsbouw, botstructuur en natuurlijk hun instinctieve vermogen om met allerlei vliegfactoren rekening te houden. De mens heeft veel van de vogels geleerd, en hij heeft machines uitgevonden die zeer onvolkomen hun vliegvermogen kunnen imiteren. Maar hij is eenvoudig niet ontworpen om zo te vliegen als zij kunnen!
De noodzaak om te vliegen
De mens hoeft natuurlijk niet te vliegen om in leven te blijven. Maar de meeste vogels wel. Het zijn bijzonder actieve schepselen die veel voedsel nodig hebben. Hun hart slaat bijvoorbeeld tussen de 200 en 1000 maal per minuut, en hun lichaamstemperatuur schommelt tussen de 39 en 44 graden Celsius. Men heeft wel geschat dat de gewone gierzwaluw in normale jachtvluchten dagelijks twaalf tot veertien uur vliegt, met een gemiddelde snelheid van 65 kilometer per uur. En wanneer hij jongen te voeden heeft, kan hij wel 1000 kilometer per dag afleggen.
Sommige vogels bereiken gedurende korte momenten geweldige snelheden. Van valken is bekend dat ze kunnen duiken met een snelheid van ongeveer 300 kilometer per uur. En in India zijn stekelstaartgierzwaluwen wel geklokt op ongeveer 320 kilometer per uur.
Als een mens vogels zo moeiteloos ziet vliegen, vraagt hij zich onwillekeurig af: Hoe doen ze dat? Hoe slagen ze erin om in de lucht te blijven?
Het geheim van hun vliegkunst
Hoewel we de lucht die ons omringt, niet kunnen zien, weten we wel dat lucht in beweging een zeer krachtige werking kan uitoefenen. Stormen kunnen bomen ontwortelen en huizen van hun dak beroven. Zo biedt ook de luchtbeweging rond de speciaal gevormde vogelvleugels voldoende „lift” of opstuwende kracht om de zwaartekracht op te heffen en te voorkomen dat de vogel naar beneden stort. Zonder deze luchtstroomwerking zou een vogel geen meter kunnen vliegen.
Een vogelvleugel is zo gevormd dat de luchtdeeltjes over de bovenkant van de vleugel een langere afstand moeten afleggen dan aan de onderzijde. De luchtdeeltjes aan de bovenkant van de vleugel moeten dus sneller bewegen om met de stroming onder de vleugel als het ware ’gelijke tred’ te houden.
Vanwege die hogere snelheid is de lucht boven de vleugel ijler of „dunner” dan de samengeperste lucht onder de vleugel. De samengeperste „dikkere” lucht onder de vleugel oefent een opwaartse druk uit die de vogel in de lucht houdt. Er gebeurt iets soortgelijks wanneer u limonade door een rietje drinkt. Als u zuigt, wordt de lucht in het rietje dunner, zodat de naar verhouding „dikkere” buitenlucht de limonade in het rietje omhoog kan duwen.
De lucht aan de onderzijde van de vogelvleugels heeft ook zo’n opwaartse werking. Daarbij moet de vogel echter wel een deel van zijn kracht aanwenden om de luchtweerstand te overwinnen.
Om in de lucht te komen, springt een vogel meestal omhoog en slaat dan tegelijkertijd met zijn vleugels. Op het eerste gezicht lijkt het alsof hij ze gewoon op en neer slaat. Bij nader onderzoek blijkt echter dat deze slagvlucht veel ingewikkelder is. Met gesloten veren slaat de vogel zijn volkomen uitgestrekte vleugels achterwaarts naar beneden, daarbij zoveel mogelijk lucht wegduwend. Dan haalt hij zijn vleugels in voorwaartse richting omhoog — met gespreide veren, om de lucht vrije doorgang te verlenen, en ook zo dicht mogelijk tegen het lichaam zodat ze een minimum aan weerstand ondervinden.
Bij de slagvlucht verschaft de vleugelslag zowel de draagkracht als de voortstuwing die nodig is om de luchtweerstand te overwinnen en op snelheid te komen. Qua beweging is de vleugelslag te vergelijken met de „vlinderslag” van een zwemmer, die zijn armen, al draaiend in de schoudergewrichten, naar voren zwaait, en ze dan door het water naar achteren trekt. Vliegen gaat echter veel ingewikkelder in zijn werk; daarbij komt het ook aan op een draaibeweging van de vleugel en de onderlinge bewegingen van verschillende vleugeldelen.
Hoe sneller een vogel vliegt, des te meer draagkracht zullen zijn vleugels van de langsstromende lucht ondervinden. Men heeft wel berekend dat een duif bij het opstijgen vijfmaal zoveel energie verbruikt als wanneer hij eenmaal met constante snelheid vliegt.
Bij de meeste grotere vogels is hun extra vleugelspanwijdte niet groot genoeg om hun meerdere gewicht en grotere luchtweerstand te compenseren, vooral niet bij het opstijgen. Sommige grotere vogels, zoals de pelikaan, rennen dan ook een paar meter over de grond om voldoende snelheid voor het benodigde draagvermogen te krijgen. Andere, zoals de gieren, landen op een boom of een hek en laten zich bij het opstijgen daarvan afvallen om hun vleugels voldoende snelheid te geven voor de benodigde draagkracht.
De zwaarste vogel die kan vliegen, is de trompetzwaan met een gewicht van 18 kilo. Zware vogels zijn beperkt in het aantal vleugelslagen dat ze kunnen uitvoeren, vanwege de grote inspanning die dit kost. Dit legt echter geen beperkingen op aan hun vliegvermogen, want zij zijn meesters in een andere vliegkunst.
Zweven en glijden
Grote vogels kunnen urenlang grote afstanden afleggen vrijwel zonder hun vleugels te hoeven bewegen, en wel door gebruik te maken van luchtstromingen. Een gewone alledaagse ervaring helpt ons begrijpen wat voor luchtstromingen dit zijn. Wanneer u uw hand boven iets heets houdt, kunt u voelen hoe de warme lucht omhoog stijgt. Hetzelfde gebeurt wanneer de zon het aardoppervlak verwarmt en sommige gebieden door de aard van hun oppervlak warmer worden dan andere gebieden. Hierdoor gaat de lucht boven die gebieden stijgen zodat er een sterke omhooggerichte luchtstroming ontstaat, die echter op de grond nauwelijks voelbaar hoeft te zijn. Deze opstijgende warme lucht, „thermiek” genaamd, kan wel hoogten bereiken van 3 kilometer.
Een ander soort opwaartse stroming ontstaat wanneer de wind een heuvel of berg treft en dan langs de berghelling omhoog wordt gestuwd, over de top heen.
Wanneer een vogel in een opwaartse stroming komt die sneller omhoog gaat dan hijzelf zou neerdalen, kan hij die gebruiken om te „klimmen”, gewoonlijk door er al rondcirkelend in te blijven. Als een zeil vangen zijn uitgestrekte vleugels de opwaartse stroming op en vrijwel zonder enige inspanning laat hij zich al zwevend naar grote hoogten voeren. Dit is de „zweefvlucht”.
Daarna volgt de „glijvlucht”, waarbij de vogel met uitgestrekte vleugels en alle veren gespreid, om de afdaling zoveel mogelijk te vertragen, naar beneden glijdt. De beste zwevers kunnen op die manier afstanden overbruggen die 20 maal zo groot zijn als de hoogte waarvan ze begonnen te dalen.
Glijvogels als gieren, meeuwen, pelikanen, haviken en arenden verstaan de kunst met weinig inspanning enorme afstanden af te leggen door in een opwaartse luchtstroming naar boven te klimmen en zich dan naar beneden te laten glijden tot ze een nieuwe opwaartse stroming ontmoeten. Met enkele vleugelbewegingen kunnen ze in een opwaartse luchtstroming op dezelfde plaats blijven hangen of een benedenwaarts gerichte glijvlucht onmiddellijk wijzigen in een klim. Bepaalde vogelsoorten zijn op deze wijze in staat bijna een hele dag achtereen te reizen met een snelheid die ligt tussen de 50 en 80 kilometer per uur, zonder dat hun dat veel energie kost. Meestal is gemakkelijk vast te stellen of een vogel deze manier van vliegen volgt, want u ziet hem dan eerst een tijdje cirkelend stijgen en vervolgens in een langgerekte glijvlucht naar beneden scheren.
Vogels als de albatros zijn deskundigen in het gebruik van de krachtige winden boven de oceaan. Met de wind in de rug begint de albatros aan een lange glijvlucht naar het water, steeds sneller en sneller gaand, tot hij zich een paar meter boven het wateroppervlak omdraait, tegen de wind in, en dan door de krachtige windstroming de hoogte in wordt gestuwd. Zijn snelheid neemt hierbij natuurlijk af, maar nadat hij weer voldoende hoogte heeft gewonnen, draait hij zich opnieuw om en laat zich met de wind in de rug, wederom in een lange glijvlucht vallen. En zo begint de cyclus opnieuw. Door aanpassing van de afstanden die hij bij deze cyclus aflegt, kan de vogel in elke gewenste richting vliegen. De koningsalbatros is bijvoorbeeld in staat met deze methode van vliegen lange tijd achtereen een snelheid van 80 tot 110 kilometer per uur te handhaven. De enige inspanning die dit de vogel kost, is dat hij zijn vleugels uitgestrekt moet houden en af en toe één of twee slagen met zijn vleugels moet uitvoeren.
Aangezien de slagvlucht enorme hoeveelheden energie vergt, gebruiken grote vogels als het maar even kan de zweef- en glijvlucht. Ze slaan hoofdzakelijk met hun vleugels wanneer ze van de ene tak naar de andere vliegen of bij het opstijgen. Ze bewegen hun vleugels dan slechts één of tweemaal per seconde, terwijl de meeste zangvogels het tweevoudige daarvan halen. Een kolibrie, een vogeltje van slechts 5 centimeter lengte en 3 gram zwaar, slaat zijn vleugels 60 tot 70 maal per seconde. Hij kan opstijgen als een helikopter en is de enige vogel die achteruit kan vliegen.
De kunst van het wenden en landen
De vliegtechniek die vogels in de lucht vertonen is verbazingwekkend. Zo kunnen ze bijvoorbeeld wenden door één vleugel sneller te bewegen dan de andere. De vleugel wordt hierbij opgeheven, zodat ze in staat zijn betrekkelijk scherpe bochten te maken. Ook de staartveren spelen hierbij een rol. Deze verhogen bovendien de stabiliteit in de lucht en leveren indien nodig extra remkracht. Ja, de manier waarop vogels rondvliegen, op takken landen, en bijna-botsingen met andere vogels weten te voorkomen, getuigt op overtuigende wijze van hun meesterschap in de lucht.
Wat landen betreft beschikken vogels over alle noodzakelijke hoedanigheden voor het verrichten van bijna ongelooflijk volmaakte prestaties. Een vogel moet de hoogte bepalen waarop hij vliegt, alsook zijn snelheid en vliegrichting, en rekening houden met alle windstromingen om niet met een klap op de grond te komen of bij het landen over de kop te slaan. Enkele zwaardere vogelsoorten moeten bij het landen een paar meter uitlopen om niet hun evenwicht te verliezen.
Vogels maken een bekwaam gebruik van hun vleugels en hun staart om vaart te minderen en een gecontroleerde landing uit te voeren, waarbij ze op een tak kunnen neerstrijken haast zonder die in trilling te brengen. Dit mag wel een bijzonder acrobatische verrichting worden genoemd, gerekend naar de snelheid waarmee ze op hun landingspunt komen afsuizen. Soms slaan ze daarbij ook snel met hun vleugels in een richting tegengesteld aan hun vliegrichting, om voor extra remkracht te zorgen.
Prachtig ontworpen
Dat vogels zijn ontworpen om te vliegen, blijkt ook heel duidelijk wanneer we naar hun skeletbouw en huidbedekking kijken. Ze bezitten een opperarmbeen dat past in een schoudergewricht, en een tweebenige onderarm. Vanwege de wijze waarop de beenderen met elkaar zijn verbonden, kunnen ze vrijelijk op en neer bewegen en ook draaien. Het borstbeen van de vogel is niet plat, zoals dat van ons, maar kielvormig gebogen, zoals bij een boot. Hierdoor biedt het een groot aanhechtingsvlak voor de gespecialiseerde en krachtige vliegspieren.
De beenderen op zich zijn ook ideaal ontworpen. Ze zijn over het algemeen hol, of in het geval van grotere vogels op knappe wijze van binnen verstevigd. Het resultaat is een betrekkelijk licht geraamte dat toch een krachtige steun verleent aan het vogellichaam. Het gehele skelet van een fregatvogel bijvoorbeeld — een vogel met een vleugelspanwijdte van twee meter — zal nauwelijks meer wegen dan 110 gram. De grotere beenderen bevatten luchtzakken die met de longen zijn verbonden en, indien nodig, extra zuurstof leveren voor de grote hoeveelheden energie die de vogel verbruikt.
De veren zijn eveneens een wonder van ontwerp. Elk is voorzien van honderden vertakkingen of „baarden”, die vastgehecht zijn aan een schacht; elke „baard” op zijn beurt is weer voorzien van honderden „baardjes” die weer vertakt zijn in nog kleinere „haakbaardjes”. Men schat dat één duiveveer van 15 centimeter ongeveer 990.000 baardjes en miljoenen haakbaardjes telt. Deze sluiten allemaal in elkaar en vormen aldus een doeltreffend luchtdicht draagvlak, dat bovendien licht van gewicht, waterafstotend en warmte-isolerend is.
De vleugelveren zijn te verdelen in twee hoofdvormen. De grootste exemplaren, de grote slagpennen of handpennen, bevinden zich aan de vleugeltoppen en zijn erg belangrijk voor de dwarsbesturing en voor de slagvlucht. De grote slagpennen van roofvogels versmallen zich op ongeveer de helft van hun lengte, en waarschijnlijk kunnen ze daardoor onder een veel grotere hoek stijgen, omdat ze een beter gebruik van de natuurlijke luchtstromingen kunnen maken. De armpennen of kleine slagpennen zijn aan de onderarm en bovenarm bevestigd. Zowel de grote als kleine slagpennen spelen hun onderscheiden rol bij de vlucht.
Wonder of blind toeval?
Slechts een korte beschouwing van het wonder van de vogelvlucht, stemt al tot nadenken. Na tientallen jaren van intensief ontwerpen, proberen, experimenteren en intelligente analyses is de mens erin geslaagd bepaalde aspecten van het vliegen der vogels te imiteren. Toch is hij nog altijd aangewezen op ingewikkelde instrumenten om hetzelfde te kunnen wat vogels met hun instinct beter doen. Hoewel de mens nu zweefvliegtuigen kan bouwen en zelfs supersone straalvliegtuigen, is het hem niet gelukt nauwkeurig de slag van vogelvleugels te imiteren, die zowel voor voortstuwing als opwaartse stuwing kan zorgen. Hoe zijn vogels ooit aan hun vliegvermogen, waarbij zoveel verschillende ingewikkelde factoren betrokken zijn, gekomen?
Sommigen beweren dat vogels afstammen van reptielen, en dat de schubben van de reptielehuid langzamerhand in veren zijn veranderd. Zij wijzen op het fossiel van een oude vogel, Archaeopteryx genaamd, die tanden had en een lange benige staart, als de „ontbrekende schakel” tussen reptiel en vogel. Hierbij worden echter een aantal kritische aspecten over het hoofd gezien. Reptielen zijn koudbloedig en vaak traag, terwijl vogels warmbloedig zijn en tot de actiefste schepselen op aarde behoren. En hun vliegvermogen is afhankelijk van een reeks factoren die tegelijkertijd aanwezig moeten zijn.
Het is opmerkelijk dat de Archaeopteryx reeds volledig ontwikkelde vleugels bezat, met een volmaakt verenkleed (geen schubben die half in veren waren overgegaan), en speciale poten om op takken te kunnen zitten. De relatieve afmetingen van de kop en de hersenholte zijn die van een vogel en verschillen volkomen van die van een reptiel. De Archaeopteryx is derhalve niet van een reptiel tot een vogel geëvolueerd.
Nee, het vliegvermogen kan zeker niet aan louter toeval worden toegeschreven. Zorgvuldig onderzoek verschaft overtuigende bewijzen dat het vliegvermogen van vogels van goddelijke oorsprong is. Alles aan vogels — hun gestroomlijnde lichaam, hun grote, lichte vleugels, hun speciale geraamte en alle noodzakelijke instincten om te kunnen vliegen — getuigt van een intelligente Ontwerper, die verre superieur is aan de mens. Ja, onze eerbiedige bewondering voor het wonder van de vogelvlucht dient uit te gaan naar de grote Ontwerper ervan, Jehovah God. — Ps. 148:1, 7, 10.
„Is het aan uw verstand te danken dat de valk opstijgt, dat hij zijn vleugels uitspreidt naar de zuidenwind? Of is het op uw bevel dat een arend omhoog vliegt en dat hij zijn nest in de hoogte bouwt, dat hij op een steile rots verblijft en vernacht, op de punt van een steile rots en een ontoegankelijke plaats?” — Job 39:26-28.
[Diagram op blz. 22]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
luchtstroom
draagkracht
weerstand
zwaartekracht
de krachten die op een vogelvleugel werken
[Diagram op blz. 23]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
warme stijgwind
glijvlucht
warme stijgwind