• DOI:10.1007/BF00339425
• Corpus ID: 13321035

Die Strömungsmechanik des Dytiscus-Rumpfes

@article{Nachtigall2004DieSD,
  title={Die Str{\"o}mungsmechanik des Dytiscus-Rumpfes},
  author={Werner Nachtigall and Dieter Bilo},
  journal={Zeitschrift f{\"u}r vergleichende Physiologie},
  year={2004},
  volume={50},
  pages={371-401}
}

• W. Nachtigall, Dieter Bilo
• Published 1 July 1965
• Physics
• Zeitschrift für vergleichende Physiologie

Zusammenfassung1.Drei Typen von Strömungskanälen für Widerstandsmessungen an kleinen Objekten, und die verwendeten strömungsmechanischen Meß-methoden werden beschrieben.2.Der Begriff „Widerstandsbeiwert“ cw wird definiert. Kleiner cw-Wert bedeutet hydrodynamisch günstige Rumpfgestaltung.3.Dytiscus beläßt beim langsamen Schwimmen das Vorderende nach abwärts geneigt („Ruhestellung“); beim schnellen Schwimmen hebt er Kopf+Prothorax an („Schwimmstellung“).4.Der Widerstandsbeiwert für Schwimm- und Ruhestellung nimmt mit steigender Schwimmgeschwindigkeit (20 bis 100 cm/sec) um 0 bis 20% ab.5.Der Widerstandsbeiwert ist bei der Ruhestellung am größten und verringert sich bei der Schwimmstellung um durchschnittlich 10% (größ-ter Wert: 30%), mit angelegten Propodien um weitere 9%.6.Die Antennen beeinflussen die Rumpfumströmung.7.Die Widerstände steigen streng quadratisch mit der Geschwindigkeit.8.Die Umströmungsverhältnisse werden an Hand von Stromlinienbildern diskutiert.9.Die Widerstandsbeiwerte sind stark vom Anstellwinkel α der Käferlängsachse zur Anströmung (=Bewegungsrichtung) abhängig. Sie sind minimal bei α=0° bis +10° und steigen beim Aufrichten (α positiv) und Neigen (α negativ) mit verschiedener Steilheit an. Bei mittleren positiven und negativen Anstellwinkeln zeigen sie charakteristische Unstetigkeiten (Zwischenmaxima), die in gesetzmäßiger Weise von der Strömungsgeschwindigkeit abhängen.10.Diese Unstetigkeiten werden vom Prothorax induziert. Sie ermöglichen dem Käfer schon bei mittleren Anstellwinkeln schlagartiges Abbremsen aus schneller Geschwindigkeit.11.Die Absolutwerte von cw (0,25 bis 0,40; Durchschnitt 0,34) sind relativ hoch, so daß Dytiscus nur durchschnittlich gute hydromechanische Rumpfgestaltung besitzt. Verantwortlich dafür sind die Prothorakalund Elytralkanten.12.Diese lateralen Kanten erhöhen aber stark die Lage- und Schwimmstabilität und ermöglichen erst blitzschnelles Kurvenschwimmen und Abbremsen.13.Es wird versucht, die physikalischen Meßwerte mit der Ökologie und den Lebensgewohnheiten von Dytiscus in Beziehung zu setzen.Summary1.Three types of wind tunnels designed for drag measurements with little objects and the methods applied for flow measurements are described.2.The “coefficient of drag, cw” is defined. Small values of this coefficient mean — in terms of hydrodynamics — an advantageous body shape.3.When swimming slowly Dytiscus keeps the anterior part of its body bent downwards (resting position); head and prothorax are lifted (swimming position) during fast swimming.4.The coefficient of drag for resting and swimming position gets smaller with increasing swimming speed (20 to 100 cm/sec) for 0 to 20%.5.The coefficient of drag has its maximal value in resting position; it is smaller by an average of 10% (maximal value: 30%) in swimming position; it decreases by additional 9% when the propods are withdrawn.6.The Antennae influence the flow around the body.7.The hydrodynamic resistance is exactly proportional to the square of the velocity.8.Flow characteristics are discussed with the help of streamline pictures.9.The drag coefficients highly depend on the angle of attack a between the median body axis and the direction of the flow (i. e, direction of motion of the beetle). They have minimal values at α=0° to+ 10° and increase at different rates when the beetle is supinated (α positive) respectively pronated (α negative). At medium positive and negative values of α they show typical irregularities, which depend on the velocity of flow in a defined way.10.These irregularities are due to the prothorax. They enable the beetle to stop fast movement abruptly at medium values of α.11.The absolute values of cw (0,25 to 0,40; average 0,34) are relatively high, i. e. the hydromechanics of Dytiscus body is not outstanding. The edges of Prothorax and Elytra are responsible for that.12.At the same time these lateral edges greatly increase the resting and swimming body's stability and make sudden turns and stops possible.13.It is tried to relate the physics to the ecology and life habits of Dytiscus.