ハチドリの驚くべき能力：どうやって空中に留まるのか？その背後にある原理は何ですか?

ハチドリの飛行技術に驚嘆したことはありませんか?空中で静止したり、ヘリコプターのように上下に動いたり、後ろ向きに飛んだりすることもできます。彼らはこれを実行できる唯一の鳥であり、世界で最も小さい鳥の 1 つでもあります。彼らは毎秒最大80回羽ばたき、時速54キロメートルの速度で飛ぶことができます。彼らの飛行能力は驚くべきものであり、科学者たちも好奇心を掻き立てられます。では、ハチドリはどうやって空中に浮かぶのでしょうか?

1. ハチドリの翼の構造

ハチドリがどのように飛ぶかを理解するには、まずその翼の構造を見ることが重要です。ハチドリの羽は非常に柔軟性があり、前後、上下、左右の 3 方向に回転できます。これにより、翼の角度と方向を制御し、さまざまな気流と揚力を作り出すことができます。揚力とは、物体に働く空気の上向きの力であり、物体が飛べるかどうかを決定します。

ハチドリは前方に飛ぶとき、翼の前縁が水平面に対して鋭角になるように、翼を後方に羽ばたかせます。これにより、翼の上部に低圧領域が、翼の下部に高圧領域が形成されます。気圧の差により、翼は上向きの揚力を受けます。この揚力はほとんどの鳥にとって飛行の基本原理です。

しかし、ハチドリが空中に浮かびたいときは、翼の前縁が水平面に対して鈍角になるように翼を前方に羽ばたかせます。これにより、翼の下に低圧領域が、翼の上に高圧領域が形成されます。気圧の差により、翼は下向きの揚力を受けます。この揚力は重力に対抗し、ハチドリがバランスを保つことを可能にします。

2. ハチドリの羽の動かし方

ハチドリは翼の角度を変えるだけでなく、翼の動き方も変えます。一般的に、鳥は羽を下向きに羽ばたくとスピードが上がり、上向きに羽ばたくとスピードが下がります。これはエネルギーを節約するためです。下向きに羽ばたくときは重力に打ち勝つ必要がありますが、上向きに羽ばたくときは重力を利用できるからです。しかし、そうすると、下向きに羽ばたくときにのみ揚力が発生することになります。

一方、ハチドリは飛ぶときに翼を下向きと上向きの両方向に加速させ、それぞれの方向で翼の角度を変えます。これは、下向きに羽ばたくか上向きに羽ばたくかに関係なく揚力が発生するため、揚力を増加させるために行われます。この方法はより多くのエネルギーを消費しますが、ハチドリは飛行方向と速度をより柔軟に調整することができ、後ろ向きに飛んだり、急降下したり、旋回したりするなど、空中で驚くべき動きをすることもできます。ハチドリの翼の動きは、人が水中でオールを漕ぐ動きに似ており、あらゆる方向に推進力を生み出します。

3. ハチドリの飛行効率

ハチドリの飛行は素晴らしいが、それには代償も伴う。羽を頻繁に羽ばたかせるので、エネルギー消費も非常に多くなります。ハチドリは飛ぶのに必要なカロリーを維持するために、毎日体重の2倍の量の蜜を摂取する必要があります。食べるのをやめれば、数時間以内に死んでしまう可能性があります。そのため、ハチドリは常に花を探し、蜜を吸い、敏感な舌とくちばしを使って余分な水を濾過しなければなりません。

ハチドリは飛行効率を高めるために、風、気圧、温度などの外部要因も利用します。例えば：

追い風に遭遇すると、ハチドリはエネルギーを節約するために羽ばたく頻度と振幅を減らします。向かい風に遭遇すると、ハチドリは抵抗を克服するために羽ばたく頻度と振幅を増やします。

気圧が低いと空気の密度が小さくなり、揚力が弱くなるため、ハチドリはバランスを保つために羽ばたく頻度と振幅を増やします。気圧が高くなると空気の密度が大きくなり、揚力が強くなるため、ハチドリは過剰な高度を避けるために羽ばたく頻度と振幅を減らします。

気温が低いと空気の密度が高くなり、揚力も強くなるため、ハチドリは羽ばたく頻度と振幅を減らし、体を縮めて体温を維持します。気温が高いときは空気の密度が低くなり、揚力が弱くなるため、ハチドリは羽ばたく頻度と振幅を増やし、体を広げて熱を放散します。

4. 空を飛ぶハチドリから学べること

ハチドリは、独特な翼の構造と運動方法、そして効率的なエネルギー利用戦略により、空中に浮かぶことができます。これらの特性により、さまざまな環境や条件に適応し、他の鳥ではできない作業を実行することができます。例えば、花の上空に留まり、蜜を吸い上げ、花粉を撒き散らすことができます。空中で敵や競争相手を追いかけたり、攻撃したり、逃げたりすることもできます。また、空中で求愛したり、交尾したり、子育てしたりすることもできます。

ハチドリの飛ぶ能力は​​ハチドリ自身にとって有益であるだけでなく、人間にとっても有益です。人間はハチドリの飛行原理と飛行技術を観察し研究することで、より高度な航空機やロボットを設計し、製造することができます。

たとえば、アメリカ航空宇宙局 (NASA) はかつて、火星や他の惑星の環境や地形を探査するために、空中でホバリング、旋回、飛行できるハチドリのような超小型飛行機を開発しました。同様のプロジェクトとしては、日本のハチドリロボットや中国のハチドリドローンなどがある。これらの航空機やロボットは、偵察、救助、監視、伝送など、複雑または危険な状況において人間が実行することが不可能または不便なタスクを実行できます。