Mit rund hundert Härchen fliegen Löwenzahnsamen optimal

Scheinbar schwerelos schweben die Samen der Pusteblume, vom Wind über grosse Entfernungen getragen. Forschende der EPFL haben mit Kollegen den erstaunlich stabilen Flug der Samen modelliert, der Inspiration für technische Anwendungen liefern könnte.

Wie können Pusteblumensamen auch bei Luftwirbeln stabil weiterfliegen? Dieser Frage sind Forschende der ETH Lausanne um Pier Giuseppe Ledda zusammen mit italienischen und niederländischen Kollegen nachgegangen. Sie entwickelten dafür ein mathematisches Modell, dass die Luftbewegung um den Flugschirm (Pappus) der Samen simuliert, wie die EPFL am Mittwoch mitteilte.

Dank dieses Modells stellten sie fest, dass die Anzahl Härchen des Schirms entscheidend ist für die Flugstabilität. "Unser Modell hat berechnet, dass die maximale Anzahl Härchen für stabilen Flug bei um die hundert liegt", erklärte Ledda gemäss der Mitteilung. Das sei auch die Anzahl Härchen, die Flugschirme natürlicherweise tragen.

Perfekte Balance bei hundert Härchen

Damit ein Objekt über grössere Distanzen stabil durch die Luft reise, brauche es zwei Dinge, sagte EPFL-Professor François Gallaire: Zum einen müsse die Flugbahn (Trajektorie) so beständig wie möglich sein, zum anderen müsse der Strömungswiderstand gross genug sein. Bei rund hundert Härchen sind laut den Forschenden beide Voraussetzungen optimal erfüllt.

Im vergangenen Jahr hatten Wissenschaftler der University of Edinburgh berichtet, dass sich während des Flugs der Pusteblumensamen ein ringförmiger Luftwirbel unter dem Flugschirm bildet. Dies ist möglich, weil die Luft nicht nur um den Schirm herum, sondern auch durch ihn hindurch strömt. Die Lücken zwischen den Härchen spielen somit eine entscheidende Rolle für den stabilen Flug.

Grösse des Luftwirbels entscheidend

Wie die EPFL-Wissenschaftler nun im Fachblatt "Physical Review Fluids" berichten, ergeben rund hundert Härchen gerade eine optimale Durchlässigkeit des Flugschirms: Bei mehr Härchen würde der ringförmige Luftwirbel unter dem Schirm zu gross, bei weniger zu klein. "Das würde zwar gute Stabilität bringen, aber nicht genug Strömungswiderstand", erklärte Ledda.

Die Erkenntnisse könnten auch technische Anwendungen inspirieren. So könnte man untersuchen, welche Auswirkungen die Porosität eines Objekts auf seinen Auftrieb und Stabilität der Flugbahn hätten, liess sich Simone Camaari von der Universität Pisa zitieren.

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