Mořský koník vrtí svými ploutvičkami a ocasem se jen přidržuje vodních rostlin, rejnoci úzkým ocasem udržují rovnováhu, ale většině ryb a všem mořským savcům slouží ocasní ploutev jako hlavní pohonná jednotka.
    Ryby nám chutnají proto tak skvěle, že jejich tělo vlastně není nic jiného, než kus svaloviny. Pravá a levá soustava je vyztužena páteří podporující tělo tak, aby se při stažení svalů jedné poloviny tělo nesmrštilo, nýbrž prohnulo do strany. Zvíře krátkými údery ocasní ploutve odráží masu vody dozadu a díky působení reaktivních sil se pohání dopředu. Pstruh, vodní dravec žijící v rychle tekoucí potoční vodě, tak dokáže stát v prudkém proudu. Při pozorování ryb v klidné vodě byste zjistili, že nedokáží plavat ani kousek rovně. Právě tak jako cyklista, který spadne, když vjede do tramvajové koleje. I dráha plovoucí ryby je složitou křivkou.
    Vodní savci čili kytovci se vyvinuli z pozemských zvířat, která se z nějakých důvodů vrátila do vody. Místo ploutví už ovšem měli nohy, svalstvo jinak umístěné, nežli je na rybím těle, a vzdušnou dýchací soustavu místo žaber odebírajících kyslík z vody. Pohyb vodních savců lze přirovnat ke skákání, což je pohyb vlastní pozemským obratlovcům. Jak geniálně tento pohyb přebudovali při návratu do vodního prostředí, ocenili až moderní vědci - biomechanici. Na úkor bočních svalů zesílily svaly hřbetní a břišní, obojí pověřené hlavním úkolem: ohýbat ocas nahoru a dolů. Nohy se znovu přeměnily v ploutve, ale ztratily svou dominantní úlohu při pohybu - zadní se proměnily v jedinou ploutev, takže se někdejší suchozemský savec proměnil co do tvaru těla v rybu, jen s tím rozdílem, že se při pohybu ve vodě nevlní svisle ale vodorovně.
    Mnoho ryb a mořských savců má optimální vybavení pro energeticky úsporný pohyb vpřed nejen díky tvaru a povrchu svého těla, nýbrž i díky pohonu vpřed pomocí záběru ocasní ploutve nebo díky vlnivému pohybu těla, tzv. undulaci. Americký zoolog James Gray se ve třicátých letech pokusil změřit energetický výdej delfína, potřebný k vyvinutí rychlosti 20 uzlů. Vycházel z předpokladu, že jde o pevný aerodynamický tvar těla, a dospěl k výsledku, který několikanásobně převyšuje hodnotu, jež u delfínů přichází v úvahu podle jejich svalové síly a vynaložené energie. Později vědci, zabývající se tímto Grayovým paradoxem, zjistili, že model delfína, poháněný stejnou energií, se ve vodě pohybuje pomaleji než živý delfín, protože odpor vody je až desetkrát větší. Příčinou tohoto jevu je nejen vlnění těla živého tvora, ale především zvláštní struktura kůže a její pohyby podkožními svaly, které způsobují, že kolem nevzniká brzdivé víření, tzv. turbulence.
    Hlavním pohonným orgánem kytovců je horizontální ocasní ploutev. Vpřed je pohání pohyb ploutve vzhůru, zatímco pohyb dolů je vedlejší. Při rychlosti kolem 35 km/h udeří zvíře ocasem třikrát za sekundu, zatímco při poloviční rychlosti mu postačí jen dva údery za sekundu. Vůbec nejrychlejšími plavci mezi kytovci jsou plejtváci, kteří dosahují rychlosti přes 60 km/h. Pozoruhodné je také to, že velryby dosáhnou podobné rychlosti jako nejmodernější ponorky jen s třetinovým výkonem a co se týče srovnání s člověkem, postačí jim k dosažení dvojnásobné rychlosti pouhá desetina energie.
    Aby mohli dravé ryby a kytovci dostihnout svou kořist, musí být rychlejší než ona. V případě kytovců je to zvlášť pozoruhodné, protože rybám je vodní prostředí vlastní, kdežto prapředkové vodních savců žili na suché zemi. Přesto se dokáží nejen prosadit v konkurenci dravých ryb, pro něž je moře přirozeným prostředím mnohem delší dobu, ale také plavat rychleji a s vynaložením menšího množství energie nežli nejmodernější lodě.
Udivující je nezvykle vysoká schopnost zrychlení plovoucích zvířat vybavených ploutvemi. Např. štika při lovu dosahuje při startu za kořistí podobného přetížení jako kosmonauti při startu rakety. Velmi obdivuhodná je i její schopnost se při plné rychlosti prakticky na místě otočit. Zdá se, že toto lze vysvětlit pouze tak, že na základě změny tvaru těla dokáže prudce měnit jeho odpor ve vodě, což naše nemodernější lodě ani ponorky dosud nedokáží napodobit.
Rudolf Baudis
Ilustrace: archiv autora

Lodě s ploutvovým pohonem

    Vlastnosti ptáků a ryb technici zkoumají obzvláště důkladně. V centru pozornosti jsou mechanismy pohybu vpřed a pohybu vzhůru, tvar těla a charakter povrchu. Příroda má v zásobě pro tento účel celou škálu fantastických řešení, která jsou analyzována v rámci bionické hydrodynamiky a aerodynamiky a zpracovávána za účelem aplikace v oblasti techniky. Těmto řešením, která v přírodě umožňují extrémní úsporu energie při pohybu tažných ptáků a živočichů, překonávajících dlouhé vzdálenosti plaváním, je věnována značná pozornost zejména v souvislosti se stále rostoucí měrou ohrožení životního prostředí dopravními prostředky - ve vodě, na souši i ve vzduchu.
    Pohon pomocí ploutve může v klidovém stavu nebo při pomalém pohybu způsobit zřetelné posunutí směrem dopředu. Z tohoto hlediska je pohon ploutví zajímavý zejména pro remorkéry a trajekty. Rovněž pokud jde o výkon a účinnost, pohon ploutví do značné míry předčí princip pohonu lodním šroubem, jenž byl zaveden v roce 1845 a je dodnes běžně využíván. Z nově prováděných měření, jimž byl pohon umělou ploutví podroben v posledních letech v USA, vyplynulo, že stupeň účinnosti (poměr výkonu a nákladů) je u pohonu ploutví 86% oproti 60 - 70% u pohonu vrtulí. Obecnou nevýhodou všech ploutvových pohonů v oblasti techniky je ovšem jejich komplikované propojení s běžně užívanými pohony (motory) s rotační hřídelí a obtížné dosažitelný zpětný chod. Ryby ovšem, jak se můžete přesvědčit v akváriu, couvat umějí!!
    K přesvědčivě jednoduchému řešení problému pohonu u šlapadla dospěl W. Schuhn z Univerzity v Saarbrückenu. Rotace šlapací kliky se prostřednictvím excentru a vahadla přenáší na elastickou ploutev, která podle vzoru velryby kmitá kolem vodorovné osy. I tady ovšem , stejně jako u mnohých jiných technických oborů platí, že Nihil novum sub Sol čili nic nového pod Sluncem.
    Pohon ryb i vodních svců obstarává ocasní ploutev, takže hravě předhoní i nejrychlejší lodě. napodobení tohoto ústrojí jež je zároveň v úloze vesla či šroubu a kormidla jeví se nejpřirozenějším , když už jsme opsali od přírody kdeco, proč ne toto? když ocasní ploutev zastává současně úlohu kormidla i vesla nebo lodního šroubu. Je to myšlenka podobající se vytrvalým a dodnes neúspěšným pokusům vzduchoplavců pokoušejících se napodobit ptačí let.
    Myšlenka to není nijak nová. Kývavé kormidlo, které by loď poháněl kupředu vymylsel už dánský inženýr Vogt už před sto lety, jenž se nechal inspirovat nejpíše benátskými gondoliéry, kteří také své čluny pohánějí otáčením kormidelního vesla ze strany na stranu. Zařízení Vogtova kormidla bylo poněkud složité, snad proto se neujalo, ale fungovalo. List kormidla se kýval a zároveň nakláněl prostřednictvím složitých převodů a podpůrných pružin a dráha pokusného člunu nebyla úplně přímá, stejně jako tom u je ostatně i u ryb. Vynálezce mínil odstranit tento vrtivý ohyb tím, že by umístil na záď člunu dva takové přístroje a sliboval si, že jejich poháněcí síly se budou sčítat, zatímco síly vychylující loď z přímého směru se budou navzájem rušit.
    Dle vynálezcových výpočtů se tímto pohonem okopírovným od ryb dalo oproti lodnímu šroubu ušetřit 25-40 procent výkonu nebo se stejným výkonem motorů plout o 25 - 40 % rychleji. K plánovaným zkouškám ve velkém měřítku, k nimž ruské vojenské námořnictvo přislíblo zapůjčit některou svou válečnou loď, ovšem nikdy nedošlo. Podstatnou překážkou v tom zřejmě byl fakt, že důležitou roli při pohybech Vogtova kormidla sehrávaly v malém měřítku pružiny, které se v případě velké lodi nedaly ničím nahradit.
Není sporu o tom, že nejstarším pohonem lodí je odrážení bidlem, pádlování a posléze veslování.-Zajímavé je i to, že už dávno před zhotovením prvního použitelného stroje Wattova navrhovali pohánět lodě parou Blasco de Garay (1543) nebo Papin (1707). V podstatě šlo o pohon reaktivní, jehož princip byl znám už v dobách starořeckých filozofů.
    Fultonova loď z roku 1807, kterou císař Napoleon odmítl jako nepotřebnou novotu, byla dvojtrupá (katamaran) s kormidly vzadu i vpředu, takže mohla jezdit obojím směrem aniž se musela obracet. I původní lodní šroub, který jak se tehdy říkalo "vrtal vodu" se proměňoval do dnešní podob vrtule, ale porovnáme-li účinnost všech těchto vynálezů s ústrojím ryb zůstávají všechny technické vymoženosti daleko pozadu.

Ploutev jako čerpadlo

Heinrich Hertel, v roce 1982 zesnulý řádný profesor konstrukce letadel na Technické univerzitě v Berlíně, je autorem dalšího zajímavého nápadu, jak využít principu pohonu ploutví. V případě jím vyvinutého čerpadla obstarává profilovaná a tuhá kmitající ploutev pohyb kapalného média. Na základě toho, že při pohonu ploutví zůstává uvnitř ještě dost prostoru, hodí se takováto čerpadla pro kapaliny s vysokým podílem pevných částic, např. pro čerpání silně znečistěných odpadních vod.
Foto Miroslav Martinovský: Model šlapacího plavidla i vodní čerpadlo pohání velrybí ploutev

Titulní strana - Archiv - Komentáře - Rozhovory -  Reportáže - Zamyšlení - Fejetony - Spolky a řemesla - Rodinky - Kultura - Cestujeme - Příroda - Technika - Kostely -  Pišme, slyšme -  Život ve víře - 
Vydává JUDr. František Talián - "FORTUNA", Jungmannova 7, 110 00 Praha 1
ve spolupráci s Karmelitánským nakladatelstvím, Kostelní Vydří

Redakce
Ostrovní 30, 110 00 Praha 1
e-mail rodina@rodinaonline.cz  telefon, fax 224 932 034
Rozšiřuje a objednávky přijímá 
Česká pošta. s.p., Olšanská 38/9, 225 99 Praha 3, bezplatná telefonní linka 800 104 410