Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 5
Усть-Кутского муниципального образования
Доклад
Природная лаборатория
Автор: ученица 9Б класса
Карпучек Наталья
Руководитель: учитель физики
Зеленова И.А.
Усть-Кут 2016
Природная лаборатория
Год за годом бионические принципы все больше внедряются в наш быт. Вопрос подобных технологий, безусловно, относится не только к проблеме оптимизации человеческой деятельности, но и к проблеме сближения человека и природы. Развитие современной науки, видимо, предвещает возврат человека к своим истокам, но только на новом технологическом и духовном уровне
Ученые каждый день с восхищением замечают и открывают неповторимые шедевры творения форм и систем в природе, удивляются возможностям животных, свойствам растений. Вот несколько примеров:
Золотистая щурка может перелететь Мексиканский залив, затратив количество энергии, эквивалентное менее чем 10 граммам топлива;
Крохотные колибри не в пример громоздким самолетам перелетают через Мексиканский залив в 1000 километров и тратят на это энергию, эквивалентную 3 граммам топлива;
Ни один даже самый передовой вертолет не в состоянии конкурировать в маневренности со стрекозой.
Система вентиляции и терморегулирования, создаваемая слепыми термитами в термитниках, по уровню затрат на оснащение и экономию энергии превосходит все созданные людьми системы в несколько раз.
Многочастотный передатчик, коим наделены летучие мыши, по своей чувствительности и эффективности превосходит любые радары, сооруженные людьми.
Светящиеся водоросли запускают в своем организме целый каскад химических реакций, чтобы "разжечь" свой фонарь.
Рыбы ледовитых океанов и черепахи способны полностью замерзнуть и погрузиться в сон, когда температура их тела опускается до 0?, а потом вновь оттаять и без какого-либо ущерба здоровью жить дальше.
Хамелеоны и морские каракатицы могут за одно мгновение менять цвет и фактуру своего тела, дабы камуфлироваться под состояние окружающей их обстановки.
Пчелы, черепахи и птицы способны перемещаться на огромные расстояния, причем всегда безошибочно находят верный путь, не имея ни карт, ни указателей пути.
Киты и пингвины ныряют на большую глубину и находятся там долгое время не испытывая затруднений дыхания, им не требуются кислородные баллоны.
Морской огурец- голотурия , при приближении опасности делает свою кожу твердой, подобно панцирю, а если надо проникнуть в небольшой проход наоборот расслабляет ее так, что становится похожим на гелевую массу;
Гремучая змея улавливает разницу в температуре, равную тысячной доле градуса;
Некоторые рыбы ощущают стомиллиардную долю пахучего вещества в одном литре воды. Это все равно, что уловить присутствие 30 г такого вещества в целом Аральском море.
Крысы ощущают радиацию;
Отдельные виды микробов реагируют даже на слабое изменение радиации;
Обыкновенный черный таракан радиацию видит;
Комар развивает при укусе удельное давление до 1 миллиарда кг/см2;Сравнение с 16-килограммовой гирей, имеющей основание 4 см2 и дающей удельное давление всего 4 кг/см2, показывает, как велика "комариная сила".
Глубоководные рыбы улавливают изменение плотности тока менее чем на одну стомиллиардную часть ампера;
Нильская рыба мормирус с помощью электромагнитных колебаний "прощупывает" свой путь в воде. Даже такое незначительное количество фактов говорит о том, что хотя бы подражая совершенству природы, у ученых появляется огромное поле для деятельности , направленное на благо людям и прогрессу человечества. Ученые осознавшие, совершенство систем в природе, все чаще обращаются к бионике как области науки, способной дать совершенные решения многих проблем, над которыми ученые бьются годами. В результате этого за очень короткое время можно получить невероятные результаты. Кроме того, имитация природных достижений позволяет ученым экономить время и труд, и самое главное, с использованием минимальных вложений в разработку моделей получать серьезную прибыль. Рассказать обо всех открытиях и направлениях невозможно , поэтому с точки зрения физики интерес представляет техническая бионика, которая занята реализацией математических моделей тех или иных сторон деятельности живых организмов с целью усовершенствования существующих и создания совершенно новых технических средств и систем — приборов, аппаратов, устройств, превосходящих по своим характеристикам уже созданные ранее и действующих по биологическому принципу.
Конкретные достижения бионики, уже реализованные в практической деятельности человека
В этой части работы рассказано о уже состоявшихся открытиях, подсмотренных у различных животных и растений, успешно реализованных в новых машинах или механизмах.
Снегоходная машина «Пингвин»
Снегоходная машина, имитирующая принцип передвижения пингвинов по рыхлому снегу, была разработана в Горьковском политехническом институте под руководством А.Ф. Николаева. Пингвины передвигаются по снегу, отталкиваясь ластами, подобно лыжникам, использующим для этой цели палки. Основанная на этом принципе снегоходная машина «Пингвин»,лежа на снегу широким днищем ,способна двигаться со скоростью до 50 км/ч. В подобных машинах нуждаются исследователи Арктики и Антарктиды, а также жители наших северных регионов –охотники, оленеводы и т.д.
[pic]
Китообразный пароход
Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов. Японский ученый Тако Инуи учел это при создании модели пассажирского парохода «Куренаи Маару». По сравнению с обычными судами китообразный пароход оказался более экономичным. При уменьшении мощности двигателей на 25% он сохранил прежнюю скорость и грузоподъемность.
Подводная лодка в форме тунца
Американская подводная лодка«Скипджек»,корпус которой по форме напоминает тунца, имеет более высокую скорость, повышенную маневренность по сравнению с другими подводными судами.
[pic]
Имитатор дельфиньей кожи
В последнее время ученые приблизились к разгадке высокоскоростного плавания рыб. Например, дельфины способны развивать в воде скорость до 56 км/ч, сопровождая часами и даже днями быстроходные корабли. Секрет высокой скорости движения дельфина разгадали советские ученые В.Е. Соколов и А.Г. Томилин с сотрудниками. Он состоит в том, что его кожа состоит из двух слоев: наружного (тонкого и очень эластичного) и внутреннего (более толстого, состоящего из трубочек, заполненных губчатым веществом). Когда вокруг тела быстро плывущего дельфина образуется турбулентное течение, наружный эластичный слой кожи передает возникшее давление на внутренний. То есть упругий слой служит амортизатором, и зародившиеся завихрения воды не успевают развиться.
Что же позаимствовали инженеры из этих сведений? В 1960 г. немецкий инженер М.Крамер изобрел мягкие оболочки «ламинфло»из двух и трех слоев резины толщиной 2, 3 мм, при этом гладкий наружный слой имитировал эпидермис кожи дельфина, при этом у модели торможение снижалось на половину, а скорость увеличивалась вдвое, сопротивление воды снизилось на 40-60%. Из этого материала сделали искусственную обшивку для морских судов и подводных лодок.
[pic]
Р.Пелт (США), выстлал внутреннюю поверхность трубы имитатором дельфиньей кожи (уретановая смола на полиэфирной основе) и получил снижение потерь давления при перемещении жидкости на35%. Тем самым возникла реальная возможность экономично перекачивать на сотни тысяч километров по трубам воду, сжиженные горючие газы,спирт, патоку, жидкие удобрения, гранулы (в виде смеси с водой в соотношении1:1), кормовую пасту, помидоры и другие овощи, даже живую рыбу.
Висячие мосты и сверхпрочный синтетический материал.
Современные висячие мосты обязаны своим появлением… паукам. Английский инженер Сэмуэль Браун жил у реки Твид. Ему было поручено построить через реку Твид мост, который отличался бы прочностью и в то же время не был бы слишком дорог. Иначе говоря, Брауну необходимо было преодолеть техническое противоречие. Однажды, как гласит предание, прогуливаясь по своему саду, Браун заметил паутину, протянутую через дорожку. В ту же минуту ему пришла в голову мысль, что подобным образом можно построить и висячий мост на железных цепях. Кстати, паукам мы обязаны не только этим: строение кевлара, сверхпрочного синтетического материала, тонкая ткань из которого выдерживает пулю, выпущенную из пистолета, скопировано с нити паутины, вырабатываемой одним из видов пауков. Из нового материала, «одолженного» у пауков, ученые предлагают делать ремни безопасности, невесомые провода, пуленепробиваемые ткани, медицинские нити, автомобильные шины и даже искусственные связки, ведь паутинный белок практически не отторгается организмом. [pic]
[pic]
Бионическая машина
Три года назад корпорация Mercedes Benz разработала бионическое транспортное средство, скопированное с тропической рыбы-кузовка. Несмотря на свою чемоданообразную форму, машина имеет крайне низкое сопротивление воздуха.
[pic]
«Лотосан» и самоочищающееся стекло
А исследователь из Боннского университета, Вильгельм Бартлот, изучал особенности поверхностей самых разных растений и выяснил, что лепестки лотоса (Nelumbo) усеяны крошечными остриями. На таких остриях трудно удержаться частичкам пыли и грязи, они легко смываются каплями дождя. Это свойство использовали немецкие разработчики краски, названной «Лотосан», на этой же основе создано самоочищающееся стекло, применяемое на камерах наблюдения за дорожным движением.
[pic]
Водолазное снаряжение
Изобретение акваланга – водолазного снаряжения, позволяющего погружаться на глубины до 300 м и легко перемещаться под водой, – принадлежит Жаку-Иву Кусто и Эмилю Ганьян (1943 г.). Ласты появились чуть раньше. Эти простые приспособления, помогающие пловцу увеличить силу отталкивания под водой на 40 – 50%, поначалу называли «лопастями». Между тем у водяных жуков и акваланг, и ласты есть уже с рождения, и используются они своими шестиногими хозяевами испокон веков. Например, плавунец окаймленный (Dytiscus ;line-height: 100%"> [pic] [pic]
Плавательный костюм
Плавательный костюм , разработанный австралийской компанией Speedo, считается самым быстрым плавательным костюмом в мире. Действительно: победу или поражение зачастую определяет плавательный костюм. С февраля по март те, кто надевал новый Fastskin LZR Racer от Speedo, поставили 38 мировых рекордов из тех 40, что вообще были сделаны по плаванию за это время. Пораженные чемпионы признаются, что в бассейне у них было чувство, будто они плывут вниз с горы. Секрет успеха LZR Racer в том, что этот костюм создан по образцу кожи акулы, которая в ходе эволюции стала состоять из особых рифлёных чешуек. Благодаря им акулья кожа стала такой гладкой, что рыба весом почти в тонну свободно скользит в воде, почти не встречая сопротивления среды. В соответствии с этим образцом плавательные костюмы были оснащены тысячами искусственных чешуек. развивался в течение миллионов лет: эволюция сделала за Speedo их работу. Технологи скопировали свой топ-продукт у природы и усовершенствовали его с помощью компьютера.
[pic]
[pic]
Суперплоские камеры
В институте прикладной оптики и тонкой механики в Йене разработали суперплоские камеры, скопированные с фасеточных глаз насекомых плоские объективы имеют толщину 0,2 миллиметра. Исследователям понадобилось три года, чтобы скопировать созданные за миллионы лет эволюции фасеточные глаза мухи. При этом учёные полностью ориентировались на природный образец: глаз насекомого состоит из отдельных линз, от сотен до десятков тысяч в зависимости от размера глаза. Каждая из этих линз переносит получаемый свет на принадлежащий ей одной рецептор, а уже в мозгу мухи из многих отдельных изображений складывается единая картинка. Йенский продукт тоже состоит из многочисленных палочкообразных микролинз, которые передают свет на сенсоры CCD или CMOS ( матрицы), установленные во всех цифровых камерах.
На основе глаза мухи создали детекторы , которые очень быстро определяют скорость летящих самолетов.
[pic]
