प्राण्यांचेउड्डाण: प्राण्यांमध्ये उड्डाणाची क्षमता सु. २० कोटी वर्षांपूर्वी झुरळासारख्या कीटकात असल्याचे आढळते. हे कीटक मध्यजीव महाकल्पातील (सु. २३ ते ९ कोटी वर्षांपूर्वीच्या काळातील) जंगलात झाडांवर राहत असावेत. संचलनासाठी उड्डाणाचा उपयोग करणारे टेरोसॉर हे पहिले पृष्ठवंशी सरीसृप (पाठीचा कणा असलेले सरपटणारे) प्राणी होत. यानंतर बऱ्याच वर्षांनी पक्षी व वटवाघळे यांनी संचलनासाठी उड्डाणाचा उपयोग केला असावा. यानंतर हजारो कीटक व पृष्ठवंशी प्राण्यांत उड्डाणाची उत्क्रांती झाली व निरनिराळ्या तऱ्हेची उड्डाणे अस्तिवात आली. मानवाने ही प्राण्यांची उड्डाणे पाहूनच स्वतः उड्डाण करण्याकरिता नवनवीन साधने तयार केली. सर जॉर्ज केली, डब्ल्यू. एस्. हेनसन, एस्. पी लँग्ली, ओटो लीलिएन्‌टाल व राइट बंधू हे या शास्त्रातील आद्य प्रवर्तक होत [⟶ वैमानिकी]. प्राण्यांपेक्षाही जास्त वेगाने उडणारी विमाने तयार झाल्यावर सकृद्दर्शनी असे वाटेल की, उडणाऱ्या प्राण्यापासून व त्यातल्यात्यात पक्ष्यापासून आता शिकण्यासारखे काही राहिलेले नाही परंतु खोलवर विचार केल्यास आपणास असे आढळून येईल की, अजूनही आपल्या या शास्त्राविषयीच्या ज्ञानात पुष्कळ उणिवा आहेत आणि त्या पक्ष्यांच्या उड्डाणाचा अभ्यास करून भरून काढता येतील.
उड्डाण हे निर्वात प्रदेशात होऊ शकत नाही. ते हवेच्या दाबावर व घनतेवर अवलंबून असते. ज्याप्रमाणे द्रव पद्रार्थाचा त्यात असलेल्या वस्तूवर सर्व बाजूंनी दाब असतो त्याचप्रमाणे हवेचाही हवेत असणाऱ्या वस्तूवर (अगर प्राण्यावर) सर्व बाजूंनी दाब असतो. हवेत असणारा प्राणी जर आपल्या वरील पृष्ठभागावरचा हवेचा दाब इतरत्र असलेल्या दाबापेक्षा कमी करू शकला, तर उड्डाण शक्य होते. हे कसे शक्य होईल हे डानिएल बेर्नुली या शास्त्रज्ञांनी १७३८ मध्ये दाखवून दिले. त्यांच्या सिद्धांताप्रमाणे द्रव पदार्थाचा वेग वाढला, तर त्याचा दाब कमी होतो. या न्यायाने जेव्हा पक्ष्याच्या पंखाच्या गुळगुळीत पृष्ठभागावरून वाहणाऱ्या हवेचा वेग वाढतो तेव्हा त्या पृष्ठभागावरील हवेचा दाब कमी होतो. पंखाच्या खालील हवेच्या दाबात फरक न पडल्यामुळे पंख वर उचलले जातात. या तत्त्वावरून खालील व्यापक अनुमाने काढता येतील.
(१) उडणाऱ्या प्राण्याचे पंख अगर तत्समान अवयव यांची रचना हवेच्या गतीचा पुरेपूर फायदा कसा घेता येईल या उद्दिष्टावर आधारलेली असते.
(२) पंखावरील हवेचा दाब कमी करण्याकरिता लागणारी गती पंख हवेत हलवून सर्व शरीर हलवून अगर पंख झडपून मिळविली जाते. ही गती विमानात प्रचालकाच्या (मळसूत्री पंख्याच्या) किंवा झोताच्या [जेटच्या ⟶ झोत प्रचालन] साहाय्याने मिळविली जाते पण उडणाऱ्या प्राण्यात ही गती गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रेरणेवर व हवेच्या प्रवाहानुसार मिळविली जाते.
हवेतून भ्रमण करण्याचे सामर्थ्य पक्षी किंवा कीटकांमध्येच मुख्यतः असते व ते सर्व परिचित आहे परंतु इतर अनेक प्राण्यांमध्येही हे सामर्थ्य दिसून येते [⟶ उडणाऱ्या खारी उडणारे मासे]. हवेत उडण्याचा हा प्रकार एकंदर तीन गोष्टींवर अवलंबून असतो : (१) हवेचा उंचावणारा दाब किंवा उत्थान दाब : प्राणी स्वतःच्या वजनामुळे गुरुत्वाकर्षित होऊन खाली खेचला जाण्याला जो प्रवृत्त होतो त्याला प्रतिकार करण्याइतका हा उत्थान दाब असणे, (२) हवेच्या रोधांवर किंवा कर्षण दाबावर मात करून हवेत उड्डाण करण्याची शक्ती प्राण्याने आपल्या शरीरात सामावणे आणि (३) उड्डाण करीत असता शारीरिक स्थिरता राखणे. सर्वसाधारणतः ह्या तिन्ही गोष्टी जर पंख किंवा तत्सम शारीरिक अवयव नसतील, तर साध्य होत नाहीत. म्हणूनच हवेतील उड्डाण पंख जोपर्यंत फडफडत आहेत तोवरच शक्य असते. पंखांच्या हालचालीचा वेग जर गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रेरणइतका परंतु विरोधी असा निर्माण होऊ शकला, तरच उड्डाण होऊ शकते.
पक्ष्यांच्याउड्डाणाचेतत्त्व: एखादा पत्र्याचा किंवा पुठ्ठ्याचा तुकडा जर वाऱ्यावर तिरपा फिरवला, तर त्यावर हवेचे होणारे परिणाम दोन प्रकारच्या दाबांत रूपांतरित होत असतात. पहिला वाऱ्याला काटकोन करून उंचावणारा उत्थान दाब व दुसरा म्हणजे पत्र्याच्या गतीच्या विरुद्ध गती थांबविण्यासाठी प्रतिकार करणारा कर्षण दाब (आ. १).
दोन्ही दाब वेगाच्या वर्गाच्या प्रमाणात असतात आणि पक्षी जर सतत तरंगत राहायचा असेल, तर त्याचा वेग इतका असला पाहिजे की, पक्ष्याच्या वजनाइतका उत्थान दाब त्या वेगामुळे निर्माण झाला पाहिजे. जेव्हा हवा पंखांवरून जाते तेव्हा पंखांवर कमी दाब निर्माण होतो व उत्थान दाब वाढण्यास मदत होते.
उड्डाणाचे प्रकार :फडफडीउड्डाण : ह्या उड्डाणाचे मूलभूत तत्त्व अजूनही पूर्णपणे उमजलेले नाही. प्रयोगशाळेत सावकाशपणे घडवून आणलेल्या पंखांच्या फडफडीची (खाली-वर करण्याच्या क्रियेची) लक्षणे प्रथम नोंदविण्यात आली पण आता मंदगती चलचित्रपटाच्या आधारे अगदी जवळून पण सूक्ष्म असे अवलोकन करणे शक्य झाले आहे. त्यावरून स्पष्ट झालेले काही मुद्दे पुढीलप्रमाणे : (१) पंख खाली करताना ते संपूर्ण पसरले जातात, तर वर नेताना ते मनगटी भागात व कोपरात थोडे घडी करून दुमडले जातात. (२) पंख खाली करताना सरळ असतात, तर वर नेताना थोडे बहिर्गोलाकृती केले जातात. (३) पंख खाली करताना पिसे एकत्र जमवून ठेवली जातात, तर पंख वर नेताना पिसांची टोके एकमेकांपासून थोडी दूर ठेवल्यामुळे फटी पडतात व त्यांतून हवा निघून जाऊ शकते व पंखांच्या टोकांशी निर्माण होणाऱ्या हवेच्या संभाव्य भोवऱ्याची तीव्रता कमी होते. (४) पंख खाली करण्यासाठी लागणारा वेळ हा पंख वर करण्यासाठी लागणाऱ्या वेळेपेक्षा जवळजवळ दुप्पट असतो. म्हणजेच पंख वर नेणे फारच जलद होते (आ. २).
पंखांच्या ह्या फडफडीने पक्षी हवेत उंचावला जातो पण तो पुढे कसा ढकलला जातो, हे स्पष्ट होत नाही पण मंदगती चलचित्रपट असे दर्शवितो की, ही फडफड नुसती खाली-वर होण्याची क्रिया नसून खरी म्हणजे प्रथम वर व मागे आणि नंतर जोरात खाली व पुढे अशी असते. पंख खाली केले जाताना पुढे झुकलेल्या पंखांच्या कडा हवा जोराने मागे सारतात व पक्षी पुढे ढकळला जातो (आ. ३).
लॉर्ड रॅली या शास्त्रज्ञांनी १८८३ मध्ये असे म्हटले की, ज्या वेळी उड्डाण फडफडी स्वरूपाचे नसते त्या वेळी एकतर पक्षी क्षैतिज (क्षितिज समांतर) दिशेने उडत नसतात,वाऱ्याची दिशा क्षैतिज नसते किंवा वारा एकविध (एकसारख्या प्रमाणात) नसतो. अशा वेळी ‘अधर’ (उतरत्या) विसर्पणाशिवाय (हवेच्या थरांतून घसरण्यासारख्या क्रियेशिवाय) दुसरा इलाज नसतो, परंतु ते पक्ष्याला फायद्याचे नसते.
विसर्पणउड्डाण : ह्यासंबंधीच्या मूलतत्त्वांचा अभ्यास पक्ष्यांच्या उड्डाणावरून करता येतो. ह्या पद्धतीत पंख ताठ पसरून उडण्याच्या दिशेने पंखाचे तळ फिरविलेले असतात. अशा स्थितीत उडण्याचा वेग जर आवश्यक तेवढा असेल, तर शरीराच्या वजनामुळे खाली येण्याच्या गुरुत्वाकर्षण प्रेरणेच्या क्रियेला विरोधी असा वर नेणारा हवेचा उत्थान दाब निर्माण होतो आणि त्याच वेळी पक्षी मागे खेचला जातो. अल्प विसर्पण उड्डाणामध्ये अशी पिछेहाट थांबवून पुढे जाण्यासाठी पक्षी आपल्या गतिज ऊर्जेचा वापर करतो. हे उड्डाण कार्यवाहित असताना वेग कमी होतो. ‘लघू विसर्पण’ किंवा वेग विसर्पण’ सामान्यतः लहान पक्ष्यांमध्ये आढळते. जलद फडफडीमुळे प्राप्त होणाऱ्या अग्रप्रगतीचा काल आणि वेग विसर्पण ह्या गोष्टी आलटून पालटून घडतात. उडणारा मासा वेग विसर्पण प्रकाराचा अवलंब करतो. हवेच्या रोधामुळे वेग कमी होण्याची वृत्ती असते. प्राणी स्वतःची नियंत्रक शक्ती वापरून ही वेग कमी होण्याची वृत्ती रोखू शकतो, एवढेच नव्हे तर वेग वाढवूही शकतो. अशी नियंत्रक शक्ती असलेले प्राणी ‘दीर्घ विसर्पण’ करू शकतात.
स्तब्धहवेतीलअवरोहीविसर्पण : पक्षी क्षैतिज दिशेने विसर्पण करीत असेल, तर हवेच्या रोधामुळे त्याची गती कमी होईल पण याउलट जर पक्षी उंचावरून जोरात खाली येत असेल, तर त्याची गती वाढेल. तेव्हा पक्षी उतार अशा प्रकारे साधतो की, अवरोही (खाली येण्याच्या ) विसर्पणात त्याची गती वाढत नाही किंवा कमीही होत नाही. अशा उताराचा जो कोन पक्षाला साधावयाचा असतो त्याला ‘अवरोही कोन’ असे म्हणतात.
हवेच्याऊर्ध्वगतिकप्रवाहातीलविसर्पण : हवेचे स्थानिक आरोही (वर जाणारे) प्रवाह (१,२०० ते ३,००० मी. उंच जाणारे लोट) आणि हळूहळू वर वाहणारे वारे हे दोन्ही तरंगणाऱ्या घारी व ससाणे सहज जाणू शकतात. जेव्हा शिकारी पक्षी खाली वेगाने झेप घेतात तेव्हा ते आपले पंख कोपरात व मनगटी भागात मुडपून घेतात [आ. ४ (अ)]. जेव्हा विसर्पण करतात परंतु उंच जाण्याचा प्रयत्न नसतो तेव्हा पंखाचे असे मुडपणे फारच थोडे असते [आ.४ (आ)] पण जेव्हा उंच जाण्याचा प्रयत्न असेल तेव्हा मात्र पक्षी आपले पंख पूर्ण पसरून पंखाच्या अग्र भागातील पिसेसुद्धा पसरतात [आ.४ (इ)].
अस्थिरहवेतीलविसर्पण : लॉर्ड रॅली ह्यांनी असे दाखविले आहे की, पक्षी उडत असताना त्याच्यावर असणारे दाब हे त्याच्या उडण्याच्या वेगावर जास्त अवलंबून असतात. पक्ष्याचा वेग हा तो जमिनीपासून किती उंचीवर आहे ह्यापेक्षा ज्या हवेतून तो उडतो त्यावरच जास्त अवलंबून असतो. समशीतोष्ण प्रदेशातील अंतर्देशीय पक्षी (रुक्स) आणि अनेक सागरी पक्षीच फक्त संक्षुब्ध हवेचा विसर्पणासाठी उपयोग करतात असे नसून बहुधा संनयनी प्रवाहावर (उष्ण हवा वर जाऊन तिची जागा थंड हवेने घेतल्यामुळे निर्माण होणाऱ्या हवेच्या प्रवाहावर) अवलंबून असणारे उष्ण कटिबंधीय मांसाहारी पक्षीसुद्धा संक्षुब्ध हवेचा विसर्पणासाठी उपयोग करतात. ह्याच तत्त्वाचा उपयोग मोठ्या जहाजांची जास्त वर्दळ नसलेल्या भागात ॲल्बट्रॉस व इतर मोठे सागरी पक्षी वादळी हवेत विसर्पणासाठी करतात. मोठे प्रसर गुणोत्तर, लांब व टोकदार पंख, टोकाची पिसे एकत्र अशी विविध रचना ह्या प्रकारच्या उड्डाणाला लागते.
विसर्पण उड्डाण काही मासेसुद्धा अंगिकारतात [⟶ उडणारे मासे]. एक्झॉसीटस मासा प्रामुख्याने ह्या प्रकारचे उड्डाण करतो. अमेरिकन व आफ्रिकन गोड्या पाण्यातील मासे उडणारे असतात. यासाठी माशांचे अंस पक्ष (हालचाल करण्यास मदत करणारी छातीवरील त्वचेची घडी म्हणजे पर) व श्रोणि-पक्ष (कमरेसारख्या भागातील पर) फार मोठे वाढलेले असतात. मात्र पाण्याच्या पातळीवरून २-३ सेकंदच हे उड्डाण होते. ऱ्हॅकोफोरस हा उभयचर (जमिनीवर व पाण्यातही राहणारा प्राणी) झाडावरून २७ ते ३६ मी. पर्यंत विसर्पणाने खाली येऊ शकतो. हायला हा उभयचर प्राणीसुद्धा ७-७·५ सेकंदात सु. ३० मी. अंतर ह्या पद्धतीच्या उड्डाणाने कापतो. सरीसृप प्राण्यांमध्ये ड्रॅको सरडा पुढच्या व मागच्या पायांमध्ये वाढलेल्या कातडीच्या सहयोगाने (पक्ष्यांच्या पंखासारखा उपयोग करून) विसर्पण करू शकतो. बोर्निओत एक उडणारा सापही आहे. त्याचप्रमाणे वृक्षवासी सस्तन प्राण्यांची अनेक उदाहरणे विसर्पण उड्डाण करणारे प्राणी म्हणून देता येतील [⟶ उडणाऱ्या खारी]. उजव्या व डाव्या दोन्ही कडांना हातापायांना जोडणारी चामडी पसरून हे उड्डाण साधता येते. उदा., टेरोमीस, गॅलिओपिथेकस वगैरे.
तरंगी किंवा घिरटी उड्डाण : या प्रकारचे उड्डाण फारच थोड्या पक्ष्यांमध्ये विशेषतः हमिंग पक्ष्यांमध्ये दिसून येते. ही क्रिया पंख पुढे-मागे हलविल्यामुळे होते व असे करताना पंखांची पुढची कडा उंचावून मानेच्या कडेपेक्षा थोडी पुढे राखली जाते. एका सेकंदात सु. २०० वेळा इतक्या जलद ही हालचाल होऊ शकते व पक्षी एका जागी हवेत उभा तरंगू शकतो. अशा पक्ष्यांमध्ये लघुवक्ष स्नायू हा महावक्ष स्नायूच्या एवढाच असतो.
वरील सर्व प्रकारच्या उड्डाणांत एक महत्त्वाचे सूत्र म्हणजे विसर्पण करणाऱ्या प्राण्यांनी किंवा पक्ष्यांनी गतिमान होताना स्वतःची शारीरिक स्थिरता सांभाळणे हे होय. उड्डाणात शरीराच्या आडव्या अक्षावर पक्षी जेव्हा वर-खाली होतो तेव्हा शेपटीवरील हवेच्या दाबामुळे ह्या क्रियेला खीळ बसते. कानातल्या अर्धवर्तुळाकार नळ्यांमुळे शारीरिक अस्थिरतेची जाणीव होऊन त्याची परिणती शेपटीच्या हालचालीत होते व तोल सांभाळला जातो. डाव्या-उजव्या कलण्यामुळे तोल जाण्याचा संभव असतो आणि पक्ष्यांमध्ये पृष्ठभागावर शिडासारखे उभे पक्ष नसतानाही ते हा तोल सांभाळतात, हा एक उल्लेखनीय गुण आहे. पक्ष्यांचे शरीर नौकेच्या आकाराचे असल्यामुळे त्याला हवेचा रोध फार कमी होतो. शिवाय त्यांची शरीरातील वरच्या भागात असलेली फुप्फुसे, शरीराबाहेर वरच्या बाजूंना जोडलेले पंख आणि शरीराच्या खालच्या बाजूला असलेले वजनदार स्नायू आणि पचन तंत्र (संस्था) इ. जड अवयव पक्ष्यांचा गुरुत्वमध्य खालील भागात राखतात. व त्यामुळे पक्षी उलटा पालटा होण्याचा संभव नसतो.
कीटकांचेउड्डाण: उत्थान व पुढे ढकलले जाणे ह्या क्रिया बहुतांश कीटकांच्या बाबतीत त्यांच्या पुढे ढकलल्या गेल्यामुळे निर्माण झालेल्या हवेच्या प्रवाहामुळेच केवळ न होता त्यांच्या पंखांच्या जलद हालचालीमुळे होतात.
कीटकांच्या पंखांची हालचाल अत्यंत जटिल (गुंतागुंतीची) असते. पंखांच्या वर-खाली करण्याशिवाय पुढे-मागे करणे, झुकवणे, पिळवटणे आणि पंख दुमडून त्याचा आकार बदलणे ह्याही क्रिया होत असतात.
बहुतांश कीटकांचे उड्डाण फडफडी स्वरूपाचे असते. ह्या संबंधीची उड्डाण गतिविषयक माहिती आतापर्यंत खऱ्या अर्थाने एकाच कीटकाची उपलब्ध आहे. तो कीटक म्हणजे टोळधाडीचा वाळवंटी टोळ (शिस्टोसर्काग्रिगेरिया). हा अभ्यास एम्. जेन्सेन ह्यांनी १९५६ साली केला. टी. वीस-फॉग व जेन्सेन यांनी कीटक उड्डाणासंबंधीचे उपलब्ध संदर्भ एकत्र केले आहेत.
कीटकांच्या शरीरावर पंखांच्या दोन जोड्या असतात व त्या एकाच वेळी वर-खाली होत नाहीत. टोळाचे उड्डाण पाहिल्यावर असे दिसून येते की, पुढील पंखांची हालचाल होण्यापूर्वी मागील पंख वर-खाली होऊ लागतात व त्यांचा दोलविस्तार (स्थिर स्थितीपासून होणारे कमाल स्थलांतरण) जास्त असतो. उत्थापनाचे ७०% कार्य या हालचालीमुळे होते. तसेच शरीर पुढे ढकलण्यासही या हालचालीचा उपयोग होतो. याउलट भुंगेरा या कीटकात पुढचे पंख कठीण असतात व ते हालचाल करीत नाहीत. त्याची तुलना विमानाच्या पंखांशी करता येईल. शरीर पुढे ढकलण्याचे काम हालचाल करणाऱ्या मागील पंखांवर पडते. यामागील पंखांची तुलना विमानाच्या प्रचालकाबरोबर करता येईल फरक इतकाच की, प्रचालक परिभ्रमी असतात, तर भुंगेऱ्याचे मागील पंख वर-खाली हालचाल करतात. मधमाश्यांत व फुलपाखरांत दोन्ही पंख जुळलेले असतात. त्यामुळे त्यांची हालचाल एका पंखाप्रमाणे होते. साध्या माश्यांत मागील पंखांचा लोप झालेला असतो. कीटकांच्या पंखांत जरी इतके वैचित्र्य असले, तरी त्यांच्या उडण्याच्या तत्त्वात काही विशेष फरक आढळत नाहीत. ज्या कीटकांचे पंख अगदी लहान म्हणजे ०·१ मिमी. या आकारमानाचे असतात, त्यांच्यात उडण्याच्या वेगामध्ये फरक पडतो.
पहा : पीस वायुगतिकी.
संदर्भ : 1. Gray, J. How Animals Move, London, 1953.
2. Horton-Smith, C. The Flight of Birds, London, 1938,
3. Mathews, G. V. T. Bird Navigation, London, 1955.
4. Pringle, J. W. S. Insect Flight, London, 1957.
5. Storer, J. H. The Flight of Birds, Bloomfield Hills, 1948.
जोशी, अ. कृ. इनामदार, ना. भा.
“