Dokonalý zobák ledňáčka

Ledňáčci dokáží vletět do vody s minimálním šplouchnutím.

Už jste někdy viděli lovit ledňáčka? Pokud ne, koukněte se na to alespoň na videu.

Aby maximálně zvýšili svou šanci na ulovení plachých a mrštných rybek, musí ledňáčci vletět do vody velmi rychle, ale zároveň co nejtišeji. Na videu můžete vidět, že obě podmínky dokáží ledňáčci perfektně zvládnout. Největší výhodou je přitom tvar jejich zobáku.

Pojďme si nyní vyzkoušet, jak moc šplouchnou při nárazu do vodní hladiny věci různých tvarů.

1. Připravíme si kýbl naplněný vodou (ne až po okraj) a různě tvarované předměty (včetně jednoho dlouhého a kónického – tedy připomínající tvar zobáku ledňáčka).
2. Necháme žáky, aby zkoušeli tyto připravené předměty pouštět do vody ze stejné výšky (např. z 20 cm) a pozorovali přitom, jak silně vodu rozvíří. U každého předmětu si navíc mohou dopředu tipovat, jak silné bude jeho šplouchnutí. Pokud máme tu možnost, mohou někteří žáci zkoušet náraz na vodní hladinu zachytit na fotografii nebo krátká videa.
3. Pokud máme, můžeme si promítnout fotografie či zpomalené záběry nárazů na vodní hladinu. U toho (nebo i bez toho) se vracíme k experimentu a společně se zamýšlíme nad základními principy toho, jak fungují hydrodynamické (aerodynamické) tvary.

Obrázek níže ukazuje koeficienty odporu různých objektů. Čísla ukazují, jak snadno může objekt vstoupit do nového prostředí, např. ze vzduchu do vody. Čím menší číslo, tím snáze objekt vstoupí do jiného prostředí.

Zobák ledňáčka má perfektní hydrodynamický tvar. Od špičky se postupně a rovnoměrně rozšiřuje. To je hlavní důvod, který ledňáčkům umožňuje vletět do vody tiše s minimálním rozčeřením vody.

Postupně se rozšiřující zobák ledňáčka vodu při nárazu pomalu rozděluje, místo aby vodu naráz rozrazil. To umožní, aby voda ledňáčkovi vlastně uhnula z cesty, místo aby se rozstříkla okolo a rozbouřila i okolní vodu. To by vedlo k nechtěnému vyplašení ryb v celém okolí, a ledňáček by zůstal hladový.

Zajímavost: Vědci měřili šplouchnutí a hluk při potápění všech 114 druhů ledňáčků na světě. Evropský ledňáček říční se umístil na 6.místě!

Inspirace v ledňáčkově zobáku je jedním z nejznámějších příkladů uplatnění poznatků z přírody v lidských vynálezech (biomimikry). Nejlepším japonským inženýrům se podařil malý technický zázrak, když dokázali vyvinout nejrychlejší vlak na světě (nazývaný šinkanzen). Tento obrovský úspěch, měl ale jeden velký problém. Při vyjíždění z tunelu tento rychlovlak způsobil velmi hlasitou ránu připomínající výbuch. Bylo to kvůli tomu, jak prudce vlak vytlačil vzduch z tunelu. (A také celkově byla jeho jízda kvůli obrovské rychlosti dost hlasitá) Eiji Nakatsu, hlavní inženýr, byl ve svém volném čase nadšeným pozorovatelem ptáků a znal i rybolovné schopnosti ledňáčků. Tento pán navrhl udělat předek vlaku tak, aby připomínal tvar zobáku ledňáčka. Přestože jeho kolegové zkoušeli navrhovat i jiné tvary předku vlaku, byl model napodobující ledňáčka nejtišší a navíc také k jízdě potřeboval méně energie.

• Identifikujte rozdíl mezi účinky odporu vzduchu, odporu vody a tření.
• Pozorování a kladení otázek o tom, jak se různá zvířata přizpůsobují podmínkám.
• Analyzujte výhody a nevýhody různých adaptací/chování.
• Kladení otázek a pozorování.
• Provádění jednoduchých pokusů.
• Vytváření předpovědí.
• Použití vědeckých důkazů k zodpovězení otázky.
• Aplikujte učení na problémy reálného světa.

Jak je to s odporem vzduchu? Je to stejné jako u vody?

Víte, jak vypadá kapka vody, když padá k zemi?

Dokážete uvést příklady dalších živočichů, jejichž tvar těla je bezvadně přizpůsobený životním podmínkám, ve kterých žijí? A co nějaké další lidské výrobky kromě šinkanzenu?

Kdo tak perfektně navrhl ledňáčkův zobáček?

Více informací o ledňáčkovi, který inspiroval šinkanzen (find out more) a více o tomto vlaku (find out more).