A9 Kollision

Thema

Ein Vogel im Flug kann mit einer festen Oberfläche kollidieren – sei es eine Glasscheibe, eine Windkraftanlage, eine Stromleitung, ein Flugzeug oder ein Gebäude. Diese Kollision ist von allen in den Modellen betrachteten Szenarien die relevanteste für den angewandten Naturschutz: Allein Kollisionen mit Fenstern verursachen jährlich Hunderte Millionen tote Vögel in Nordamerika. Die Physik dieser Kollision basiert auf Impuls und linearem Impulserhaltungssatz: Der Impuls des Vogels kurz vor dem Aufprall bestimmt letztendlich das Ausmaß des entstandenen Schadens.

Der Gesamtimpuls, den die feste Oberfläche während der Kollision auf den Vogel überträgt, hängt direkt von der Masse des Vogels und seiner Fluggeschwindigkeit im Moment des Aufpralls ab: Ein massereicherer oder schneller fliegender Vogel hat mehr Impuls, um abrupt abgebremst zu werden, und erfährt daher einen größeren Gesamtimpuls, wenn dieser Impuls an der festen Oberfläche gestoppt wird.

Derselbe Gesamtimpuls kann jedoch je nach Kontaktdauer zwischen Vogel und fester Oberfläche zu einer sehr unterschiedlichen Spitzenkraft führen: Bei gleichem Gesamtimpuls ist die Spitzenkraft, die der Vogel in diesem Moment erfährt, umso größer, je kürzer die Kontaktdauer ist, da der gleiche Impuls in kürzerer Zeit abgebremst wird. Bei Glas ist die Kontaktdauer sehr kurz und die resultierende Spitzenkraft sehr hoch; bei Vegetation hingegen ist die Kontaktdauer lang, und der gleiche Impuls wird gleichmäßiger abgebremst, was zu einer deutlich geringeren Spitzenkraft führt.

Diese Spitzenkraft bestimmt die mechanische Belastung, der Schädel und Skelett des Vogels im Moment des Aufpralls ausgesetzt sind: Je größer die Spitzenkraft, desto größer die mechanische Belastung, der die Knochen standhalten müssen. Ein Aufprall auf eine Oberfläche mit sehr kurzer Kontaktdauer, wie beispielsweise Glas, konzentriert die mechanische Belastung auf Schädel und Skelett, die bei einem Aufprall mit demselben Impuls auf eine längere Kontaktfläche niemals auftreten würde.

Neben dem Gesamtimpuls und der maximalen Kraft spielt bei der Kollision auch die kinetische Energie des Vogels aufgrund seiner Masse und Fluggeschwindigkeit eine Rolle. Diese Energie muss im Moment des Aufpralls vollständig abgebaut werden. Der Anteil dieser kinetischen Energie, der im Gewebe des Vogels – und nicht durch Verformung der festen Oberfläche, mit der er kollidiert – dissipiert wird, bestimmt den tatsächlichen Gewebeschaden, zusätzlich zu der bereits auf Schädel und Skelett wirkenden lokalen mechanischen Belastung. Basierend auf der im Gewebe dissipierten Energie und der mechanischen Belastung von Schädel und Skelett berechnet das Modell die Sterbewahrscheinlichkeit durch diese Kollision in Abhängigkeit von der kinetischen Energie und der Masse des Vogels. Dies ermöglicht den Vergleich dieses Risikos zwischen verschiedenen Arten – entsprechend ihrer Masse und typischen Fluggeschwindigkeit – und zwischen verschiedenen Strukturen – entsprechend der jeweiligen Kontaktdauer. Dadurch wird diese Kollision, die allein durch die Gesetze von Impuls, Drehimpuls und kinetischer Energie beschrieben wird, zu einem direkten Werkzeug, um zu bestimmen, welche Strukturen das größte reale Risiko für welche Arten darstellen.

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