Физика в мире животных сообщение

Обновлено: 02.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Муниципальное образовательное учреждение

Шатковская средняя общеобразовательная школа №1

Проект по физике по теме:

Выполнил: ученик 7б класса

Руководитель проекта :

В ходе работы над проектом мне удалось измерить многие характеристики моего питомца: скорость, массу, объем, среднюю плотность, давление на опору, оценить степень электризации их меха, установить температурные зависимости. Конечно же, я смог добиться результата далеко не во всех задумках. В основном проблемы были связаны с тем, что живые объект исследования в отличии от нас не понимал цели деятельности и зачастую сопротивлялся, не желая делать то, что от него требовалось. Приходилось учитывать привычки и характер, подстраиваться под настроение и ритм жизни. Так кошки большую часть дня проводят во сне. Таким образом, я на практике убедился, насколько сложнее измерять физические характеристики живых существ. Интересно, что практически каждая серия измерений вела за собой множество вопросов и могла быть началом отдельного исследования.

1. Механические характеристики………………………………………….2

Измерение давления на опору……………………………………..4

Электрические и тепловые характеристики……………………….7

Оценка степени электризации……………………………………. 7

3.2 Потенциальная энергия………………………………………………8

Целью моей работы являлось измерение известных нам физических характеристик у этого домашнего животного, для чего была разработана методика экспериментов с учетом инстинктов, повадок и характера, а также проведены опыты, причинившие минимум неудобств животному.

1. Механические характеристики

1.1 Измерение скорости

Средняя скорость кота измерялась следующим способом:

При помощи рулетки отмечалось расстояние 10 м;

У линии старта кота придерживал ассистент;

С линии финиша ассистенту давалась команда отпустить кота;

Секундомером засекалось время движения;

Кота угощали и проводили расчет скорости по формуле:

V ср= s / t ,

где s -путь, t -время движения.

Сравнивая полученные со скоростями движения других животных, можно сделать вывод, что скорость кота Рыжика близка к скорости человека ( V ср=1,3м/с). С разочарованием можно констатировать, что кот Рыжик из всего предложенного в справочнике списка смог бы догнать только черепаху ( V ср=0,8км/ч), а волк ( V ср=55 км/ч), заяц ( V ср=60 км/ч), даже муха ( V ср=18км/ч) легко ушли бы от преследования.

1.2 Измерение массы

Для измерения массы понадобились пружинные весы и рюкзак. Кота помещал в рюкзак и фиксировал показания пружинных весов, затем отдельно измерял массу рюкзака и проводил расчет по формуле:

m = m _общ - m _рюк ,

где m -масса кота, m _общ -общая масса, m _рюк -масса рюкзака.

Через две недели измерения повторил, причем в то же время суток, через два часа после еды. Результаты представлены в таблице два.

Видно, что масса Рыжика за две недели увеличилась приблизительно на 100г. Скорее всего, это связано с тем, что с приходом холодного времени года кот проводил большую часть дня во сне.

1.3 Измерение плотности

Плотность по определению, - физическая величина, численно равная отношению массы тела к его объему. Следственно для ее вычисления требовалось измерить массу и объем тела животного. Объем я вычислял по объему вытесненной жидкости. Из гуманных соображений погружал животное в воду только до половины, а затем замечал на сколько поднялся уровень воды в ванне, и проводил расчет по формуле V = abx , где a -ширина ванны, b -ее длинна, x -повышение уровня воды. Массу взял из выше проделанных опытов. Расчет средней плотности проводился по формуле:

Результаты представлены в таблице:

Хотя объем оценивался весьма приблизительно, можно сделать вывод, что средняя плотность подопытного животного близка к плотности воды.

1.4 Измерение давления на опору

Давление кота на опору рассчитывалось для трех положений (стоя, лежа, сидя) по формуле:

p = mg / S ,

где m =4,6кг-масса, полученная в предыдущих опытах, g =10 H /кг, S -площадь опоры кота, которую вычислял по площади фигур, получаемых очерчиванием соответствующих контуров на ватмане. Результаты представлены в таблице:

Таким образом, в разных положениях кот оказывает давление от 0,75 до 8,181 кПа (последнее значение - в положении стоя).

2. Электрические и тепловые

Характеристики

2.1 Оценка степени электризации

При трении многих тел о мех наблюдается электризация. Мы задались целью выяснить чей мех электризует больше. Электризация значительно ослабляется при большой влажности. Поэтому мы предварительно высушили шерсть кота Рыжика и пса Найды (опыт над которым проведен для сравнения). Затем натирал эбонитовую палочку по очереди о шерсть каждого животного одинаковое количество раз, подносил ее к гильзе из фольги, подвешенной на нити, и измерял угол отклонения от вертикали.

На основании результатов эксперимента можно высказать следующую гипотезу: чем жестче шерсть, тем хуже способность электризовать другие тела. Возможно, кошачья шерсть обладает лучшими свойствами электризовать, нежели собачья.

2.2 Температурные зависимости

В данной таблице представлена зависимость температуры кота от времени суток. Измерения проводились четыре раза в сутки. Оказалось, что самая высокая температура соответствует дневному времени суток (15ч.), когда активность животных наибольшая.

В этой таблице представлена диаграмма, отражающая зависимость температуры тела кота от степени активности, - кот двигался в течении 10 мин. одним из аллюров (шагом, рысью, галопом) и сразу после остановки проводилось измерение температуры. Наибольшей активности кота (галопу) соответствует наибольшая температура, а при движении шагом наименьшая. При движении рысью температура примерно на 0,3 ° C выше, чем движении шагом, и на 0,2 ниже, чем при движении галопом. На основании представленных данных можно сделать вывод, что температура подопытного животного зависит от активности (чем выше активность, тем выше температура).

4. Выводы

В ходе работы над проектом мне удалось измерить многие характеристики моего питомца: скорость, массу, объем, среднюю плотность, давление на опору, оценить степень электризации их меха, установить температурные зависимости. Конечно же, я смог добиться результата далеко не во всех задумках. В основном наши проблемы были связаны с тем, что живые объект исследования в отличии от нас не понимал цели деятельности и зачастую сопротивлялся, не желая делать то, что от него требовалось. Приходилось учитывать привычки и характер, подстраиваться под настроение и ритм жизни. Так кошки большую часть дня проводят во сне. Таким образом, я на практике убедился, насколько сложнее измерять физические характеристики живых существ. Интересно, что практически каждая серия измерений вела за собой множество вопросов и могла быть началом отдельного исследования.

Вряд ли полученные результаты имеют большое научное значение. Но на мой взгляд, они представляют интерес для многих школьников, которые интересуются физикой, любят своих домашних животных и хотят знать о них больше.

Для человека многие животные кажутся привычными, они вроде как уже и не могут нас ничем удивить. Но на самом деле, любой живой организм на Земле — это целая биохимическая лаборатория, которая содержит ряд интереснейших механизмов. О многих животных уже публиковались материалы на Geektimes, но, конечно, далеко не о всех.

Задумывались ли вы, каким образом жираф пьет воду? Может быть, кто-то даже видел, как животное делает это, в зоопарке? На самом деле, с такой длинной шеей, как у жирафа, просто попить не получится. В его организме есть несколько приспособлений, которые позволяют без особых проблем утолить жажду, когда хочется. Внешне все просто — животное раздвигает передние конечности и наклоняет шею, прикасаясь к поверхности воды губами. Самое интересное скрыто от глаз человека.

Немного о самой шее

Шея жирафа усложняла бы животному жизнь, если бы не ряд компенсирующих механизмов. Например, для того, чтобы поднимать кровь к голове на несколько метров, сердце животного увеличилось в размерах, стенки его стали гораздо толще, чем, к примеру, у окапи, близкого родственника жирафа. Давление крови у этого животного в два или даже три раза больше кровяного давления человека. Это сердце пропускает около 60 литров крови в минуту, его вес — 12 килограммов. Кровь жирафа более густая и имеет вдвое более высокую плотность кровяных телец, чем у человека. По мнению некоторых ученых, этот показатель один из наиболее высоких среди всех существующих животных.

И здесь появляется еще несколько проблем. Например, если бы не ряд компенсирующих механизмов, высокое давление крови просто убивало бы жирафа, когда тот опускает голову вниз. В мозг его вкачивалось бы большое количество крови. Но у сосудов шеи есть специфические клапаны, которые предохраняют мозг животного. Аналогичная проблема, только обратная по знаку, если так можно выразиться, возникает, когда жираф поднимает голову. Это происходит быстро, и если бы не другая группа компенсирующих механизмов, то давление крови в этот момент бы сильно падало. Может быть, это и не убило бы животное, но сознание бы оно теряло каждый раз при поднимании головы на исходную высоту. Здесь приходят на помощь все необычные по структуре сосуды, способные держать давление животного примерно на одном и том же уровне.

Жирафы умеют быстро бегать, в случае острой необходимости они достигают галопом скорости 55 км/ч, то есть на коротких дистанциях они могут перегнать скаковую лошадь. Однако, как правило, эти животные ходят не спеша, передвигая одновременно оба правых копыта, затем оба левых. Из-за своего большого веса и тонких ног жирафы могут ходить только по твёрдой поверхности.

Как жираф пьет?

Но вернемся к воде и процессу утоления жажды у этих гигантов. Продолжительное время считалось, что животным удается пить воду благодаря тому, что они создают область низкого давления в пищеводе и желудке. Таким образом, рассуждали ранее ученые, вода поднимается из источника по горлу и далее вливается в пищевод и желудок. На самом деле, жираф неспособен создать область низкого давления таким образом.

Этот процесс повторяется снова и снова. На каком-то этапе животное поднимает голову и шею, и вода переходит в желудок. Так повторяется несколько раз, пока жираф не напьется. По оценке исследователей, закачка воды в организм животного происходит примерно со скоростью 10 км/ч. Этого достаточно для того, чтобы поток воды создавал давление на входе в пищевод, с тем, чтобы уже находящаяся там вода не вытекала обратно. Всего в пищеводе может находиться одновременно около 5 литров воды. Каждый цикл закачки обеспечивает попадание в пищевод 300 миллилитров воды. За 25 секунд жираф может осуществить до 17 таких циклов.

Интересно, что все эти данные получены физиком Филиппом Биндером, который в прошлом году поехал в один из национальных парков ЮАР. Он наблюдал за животными довольно долго, с близкого расстояния, так что смог за время наблюдений понять, что именно происходит в шее жирафа, когда тот пьет. Одно из видео, сделанных в зоопарке Phoenix Zoo в Аризоне показывает процесс утоления жажды жирафом с близкого расстояния.

Для того, чтобы обеспечивать нормальную жизнедеятельность организма, природе пришлось увеличить в ходе эволюции легкие жирафа, чтобы он мог дышать на высоте 3-х метров, перекачивая воздух в легкие. Такие изменились кости, мышцы и соединительная ткань — ведь, как и говорилось выше, жираф постоянно испытывает перегрузки.

Жирафы обитают в саваннах Африки. Сегодня их можно встретить только к югу и юго-востоку от Сахары, прежде всего в саваннах Восточной и Южной Африки. Популяции севернее Сахары были искоренены человеком ещё в древности: во времена Древнего Египта они существовали в дельте Нила и на берегах Средиземного моря. К сожалению, в XX веке ареал жирафов вновь значительно сократился. Наиболее крупные популяции жирафов сегодня обитают в заповедниках и резерватах.

Морские губки — примитивные организмы. Это беспозвоночные животные, которые проводят практически всю жизнь, прикрепившись к скалам или дну. Губки встречаются практически повсеместно, от прибрежных зон до самых глубоких мест в океане. Представлены губки примерно 8000 видов. У них нет настоящих тканей и органов, их функции выполняют отдельные клетки и пласты клеток. Питаются губки, прогоняя воду через собственное тело. Фильтрат, куда попадают мелкие существа и различные органические частицы, и служат питанием для губки.

Физика в мире животных: колибри и ее полет

Колибри — небольшие по размеру птицы, которые живут и в Северной и в Южной Америке. Существует 330 видов колибри, причем подавляющее большинство — это ярко окрашенные птицы очень небольшого размера. Весят колибри всего лишь несколько граммов. Максимальный размер одного из видов колибри почти равен размеру обычного скворца. Самая маленькая колибри весит 2 грамма, длина ее тела всего лишь несколько сантиметров.

Физика в мире животных: тукан и его клюв

Даже те люди, кто совсем не ориентируется в видах птиц, и не знает, какая птица как выглядит, без труда узнают представителя семейства тукановых. Живут туканы в равнинных и горных тропических лесах Северной и Южной Америки, обычно в дуплах деревьев. У большинства птиц этого семейства непропорционально большой клюв. Обычно оно очень ярко окрашен.

У летучей мыши очень сильная мускулатура гортани, которая создаёт огромное натяжение тугих и тонких голосовых связок, в гортани мыши возникают высокочастотные колебания воздуха (до 70 тыс. колебаний в секунду), что выше предела человеческого слуха. В полете мышь непрерывно излучает ультразвуковые импульсы, направленные только в сторону полёта. В виду небольшой длины волны излучаемых ультразвуков они хорошо отражаются от совсем малых препятствий. Когда мышь летит в открытом пространстве и на пути нет преград, она излучает сравнительно долгие (0,01с) и редкие импульсы. Это экономный режим работы роботы локационного аппарата в открытом пространстве мышь не рискует столкнуться с препятствием ,а обнаружить добычу можно и при такой низкой частоте излучения. Но стоит локационному импульсу отразится от ветви дерева и даже крохотного москита как локатор тотчас же меняет режим работы: чем ближе объект преследования тем выше частота излучения и короче импульсы.

Совы слышат ультразвук. Благодаря особой бахроме на крыльях они летают совершенно бесшумно и никто не мешает им издали слышать ультразвуковые импульсы охотящихся летучих мышей.

-75%

Некоторые животные общаются с помощью звуков, слишком высоких или слишком низких, чтобы их воспринимало человеческое ухо. Они используют такие частоты прежде всего с целью обезопасить себя во время передвижений и поисков пищи.

Стадо слонов неторпливо бредет вдоль берега небольшого озера. Слонята пьют воду, а слонихи охраняют их. Вдруг одна из слоних поднимает голову и замирает. Отведя уши назад, она двигает поочередно сначала одной передней ногой, потом другой. С каждым движением слониха немного меняет свое положение. Вскоре ей начинают подражать и другие члены стада. Поведение животных означает, что за 20 км от них на водопой отправилась другая группа слонов. Слоны у берега озера узнали о приближении сородичей по характерной вибрации почвы.

Инфразвуки и наземные животные

Шагающий по земле слон посылает инфразвуковые сигналы, которые, как показали недавние исследования, распространяются более чем на 30 км. Перенося вес своего тела с одной передней ноги на другую, слоны у озера делают то же, что делаем мы, когда поворачиваем голову из стороны в сторону, стараясь определить, откуда доносится далекий звук. Вибрации земли (инфразвуки) улавливаются слоновьими ногами, поднимаются вверх по костям туловища, усиливаются костями черепа и наконец достигают косточек в среднем ухе.

Благодаря этому слоны слышат инфразвуки, частота которых настолько низка, что наши уши их не воспринимают. Лет 20 назад стало известно, что слоны способны издавать инфразвуки не только с помощью ног, но и носовыми ямками. Частота этих звуков составляет от 14 до 35 Гц. Их энергия невелика, но они распространяются на огромные расстояния. С помощью инфразвуков слоны могут сообщать друг другу о найденных водоемах или об опасности. Восприятие инфразвуков позволяет слонихе во время течки чувствовать приближение слона за многие километры.

Слоны воспринимают инфразвуки, распространяющиеся как по земле, так и по воздуху. Именно поэтому они безошибочно определяют дорогу к местности, где гремят грозы: гром порождает инфразвуки. Выбрав направление движения, слоны вытягивают хоботы и принюхиваются, стараясь уловить в воздухе запах пыльцы, выбитой из цветков каплями дождя. Слоны могут чуять грозу на расстоянии более 150 км, а также предсказывать цунами: незадолго до того, как в 2004 г. на побережье Таиланда обрушилась огромная волна, слоны устремились прочь от берега.

Инфразвуки в воде

Способностью издавать и воспринимать ультразвуки, похоже, обладают крокодилы и аллигаторы. Известно, что инфразвуки, возникающие во время старта космических кораблей на мысе Канаверал во Флориде, вызывают сильное беспокойство у аллигаторов — особенно у самцов во время гона.

Киты также могут издавать инфразвуки. Это совсем неудивительно, учитывая, что низкочастотные колебания распространяются в воде намного лучше, чем в воздухе. С помощью инфразвуков стада китов могут общаться за сотни километров.

Убийственный ультразвук

Многие морские млекопитающие могут испускать и высокочастотные звуки. Такой способностью обладают, например, дельфины. Обычно они издают высокочастотные звуки двух типов. Во-первых, короткие, длящиеся по полсекунды, свисты частотой от 7 до 15 кГц. Человеческое ухо тоже воспринимает звуки такой частоты, поэтому они не считаются ультразвуками. Эти свисты и составляют основу дельфиньего языка.

Звуки второго типа — неслышимые человеческим ухом щелчки, которые могут издавать и другие китообразные. Щелчки представляют собой настоящие ультразвуки: их частота колеблется в диапазоне от 20 до 250 кГц. Китообразные используют их для поиска пищи и обнаружения препятствий с помощью эхолокации, а иногда и для того, чтобы оглушать или даже убивать своих жертв. Именно это и делают касатки во время зимней охоты на треску.

Лобный бугор

Издавать ультразвуки дельфинам помогает жировой лобный бугор. Этот орган фокусирует пучок издаваемых животным ультразвуковых волн, подобно тому как линза собирает в одну точку лучи света. Направленные вперед ультразвуки отражаются от находящихся на их пути объектов и возвращаются к органам слуха дельфина, помогая ему обнаруживать рыбу и препятствия. Восприятие этих звуков осуществляется с помощью нижней челюсти, задняя часть которой связана с внутренним ухом. Органы слуха передают информацию об отраженном ультразвуке в мозг, который ее анализирует.

Летучие мыши считаются непревзойденными мастерами ультразвуковой эхолокации. Они испускают ультразвуки, распространяющиеся в воздухе и встречающие на своем пути различные объекты, например насекомых. Отраженное препятствием эхо улавливается огромными ушами летучей мыши. Головной мозг зверька анализирует отраженные сигналы и определяет размеры и местонахождение жертвы.Обычно летучие мыши издают короткие серии от 20 до 80 ультразвуков в секунду. Человеческое ухо их не воспринимает. Эхолокация летучих мышей настолько эффективна, что позволяет им без труда ориентироваться в полной темноте и летать на большой скорости в густых кронах деревьев, не задевая ветки крыльями.

От мягких, шероховатых поверхностей ультразвуки отражаются гораздо хуже, чем от гладких. Этот акустический эффект давно разгадали насекомые, на которых охотятся летучие мыши (ночные бабочки, некоторые жуки и др.). Чтобы стать незаметными для крылатых хищников, они прикрыли свое тело густым слоем мягких волосков. Ультразвуки отражаются от такой поверхности очень слабо, поэтому летучая мышь может и вовсе не заметить добычу. Кроме того, некоторые ночные бабочки обладают способностью воспринимать испускаемые летучими мышами ультразвуки. Чтобы не стать жертвой хищника, услышавшему их насекомому достаточно сложить крылья и камнем упасть на землю.

Читайте также: