Могут_ли_люди_летать_как_птицы_(презентация)
advertisement
МОГУТ ЛИ ЛЮДИ ЛЕТАТЬ ? Автор - Демина Лера ГБОУ №185, 4 «Г» класс Руководитель – Лукьянова И.Е. МОЯ ГИПОТЕЗА : ЧЕЛОВЕК МОЖЕТ ЛЕТАТЬ, НЕ ПРИБЕГАЯ К ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ТЕХНИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ГИПОТЕЗЫ ВОСПОЛЬЗУЕМСЯ СЛЕДУЮЩИМИ ИНСТРУМЕНТАМИ: Законы физики: законы Ньютона и Бернулли Данные исследований движения животных при помощи микроэлектронной и радиолокационной техники, Объект исследований: способность живых существ, перемещаться по воздуху, не прибегая к дополнительным техническим устройствам. Субъекты исследований: птицы, рыбы, рукокрылые (на примере летучих мышей). Программа исследований : 1. Выяснить: 1.1 какие законы физики лежат в основе полета животных; 1.2 каковы особенности строения и адаптации к полету птиц, рыб, рукокрылых; 1.3 как приспособлено животное с точки зрения физиологии для осуществления взлета, полета и посадки. 2. Обобщить результаты анализа летающих представителей животного мира, сделать вывод о возможности человека летать. Вывод о возможности человека летать позволит подтвердить или опровергнуть основную гипотезу. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛЕТА ТЕЛА , КОТОРОЕ ТЯЖЕЛЕЕ ВОЗДУХА Принцип Бернулли 1-й закон Ньютона 2-ой закон Ньютона 3-й закон Ньютона ПРИНЦИП БЕРНУЛЛИ При обтекании потоком воздуха выгнутого крыла давление на его нижней поверхности будет выше, чем на верхней. Разница в давлениях создаёт подъёмную силу ЗАКОНЫ НЬЮТОНА Первый закон Ньютона гласит, что тело в покое будет оставаться в состоянии покоя, а тело в движении будет продолжать прямолинейное движение, пока не подвергнется приложению внешней силы. Это означает, что, если кто-то видит изгиб в потоке воздуха, или если первоначально неподвижный воздух приходит в движение, то есть сила, воздействующая на него. Подъемная сила крыла пропорциональна количеству воздуха, направленного вниз, умноженному на скорость уходящего вниз воздуха. Здесь использована альтернативная формулировка второго закона Ньютона, связывающая ускорение объекта с его массой и его силой, F = ma. Третий закон Ньютона гласит, что для каждого действия есть равное и противоположное противодействие. В целях создания подъемной силы крыло должно делать что-то с воздухом. То, что делает крыло с воздухом – это действие, а подъемная сила – это противодействие на это действие. ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ТРЕБУЕТСЯ РЕШИТЬ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПОЛЕТА Взлет Полет Посадка • Создание подъемной силы, превышающей вес поднимаемого объекта • Увеличение скорости для набора высоты •Поддержание требуемой высоты •Навигация • Уменьшение скорости движения тела • Маневрирование На всех этапах полета возникают затраты энергии. Рассмотрим что является источником энергии у животных и как происходят процессы ее преобразования ЧТО ПОМОГАЕТ ПТИЦАМ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПОЛЕТА Взлет Полет Посадка • Создание подъемной силы, превышающей вес взлетающего объекта за счет интенсивных взмахов крыльями • В создании силы участвуют крылья и покровное оперенье крыльев • Крылья приводятся в движение работой подключичной и грудной мышц • Парящий или машущий полет поддерживается работой крыльев • Ориентация и навигация осуществляется за счет развитого мозжечка • В сохранении постоянной температуры тела на больших высотах участвует оперенье • В процессе торможения участвуют крылья и хвостовое оперенье • Превосходное зрение позволяет разглядеть с воздуха любой предмет на земле На всех этапах полета мускульная сила птиц управляет работой крыльев ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ РАБОТЫ МЫШЦ Корм (потребление пищи в объемах, значительно превосходящих массу тела) Насыщение крови кислородом (система «двойного дыхания») Эффективное сохранение температуры тела (наличие оперенья ) Энергия для работы мышц ОСНОВНЫЕ АДАПТАЦИИ ПТИЦ Крылья •создание подъемной силы •изменение скорости полета •маневрирование Хвост •стабилизация полета •Торможение •маневрирование Оперенье •управление подъемной силой • создание дополнительного сопротивления •теплоизоляция Строение скелета •жесткое сцепление позвонков создает прочный каркас для внутренних органов •полые кости облегчают вес скелета Дыхательная система •обогащение крови кислородом происходит как на вдохе так и на выдохе •воздушные мешки обеспечивают эффективное охлаждение тела при интенсивной работе мышц во время полёта Нервная система •ориентация и навигация в полете определяется работой мозжечка ЭТАПЫ ПОЛЕТА ПТИЦ. ВЗЛЕТ Способы достижения стартовой скорости при взлете Взлет с нулевой начальной скоростью Взлет с нижней ветки Взлет с земли Взлет со скоростью , отличной от нулевой Взлет против ветра с пробежкой по земле или по воде Взлет со скалы Взлет с верхних веток деревьев Взлет с гребня волны Взлёт возможен только в том случае, если подъемная сила больше веса взлетающего объекта. ЭТАПЫ ПОЛЕТА ПТИЦ. ПОЛЕТ Полет с активными затратами энергии Активный (машущий) полет Полет без активных затрат энергии Пассивный (парящий) полет хлопающий Статическое парение с использованием восходящих потоков вибрационный Статическое парение с использованием термических потоков волнообразный Динамическое парение трепещущий Динамическое парение над волнами ЭТАПЫ ПОЛЕТА ПТИЦ. ПОСАДКА Ветви деревьев Амортизация Ноги Вода Посадка Увеличение угла атаки Сброс скорости Увеличение встречного сопротивления воздуха ОСНОВНЫЕ АДАПТАЦИИ РЫБ Строение тела •Сигарообразное Строение плавников •Разросшиеся грудные плавники •Разросшиеся брюшные плавники •Возможность отклоняться во время полета изменяя угол наклона плавников Строение хвоста •Лучи хвостового плавника жестко соединены между собой и нижняя лопасть больше верхней ПОЛЕТ РЫБ При опасности, иногда и без видимых на то причин, выполняют скользящий парящий полёт: при помощи сильных ударов хвостом они быстро выскакивают из воды и парят по воздуху, используя свои широкие грудные плавники. ОСНОВНЫЕ АДАПТАЦИИ РУКОКРЫЛЫХ Крылья •Передние конечности превращены в крылья •Кожная летательная перепонка натянута между вторым-пятым пальцами передних конечностей, предплечьем, плечом, боками тела, задними конечностями и хвостом. •Возможность изменения кривизны крыла сокращает затраты энергии при взлете Скелет •Тонкие и мелкие кости облегчают вес скелета в целом Сенсорные органы •Способность к эхолокации позволяет не только охотится , но и решает проблему навигации и ориентации в пространстве ЭТАПЫ ПОЛЕТА РУКОКРЫЛЫХ Взлет с прыжка вверх Полет машущий Посадка головой вниз ОСНОВНЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ К ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА ЛЕТАТЬ 1) Отсутствие адаптаций для создания подъемной силы . 2) Отсутствие адаптаций для изменения скорости полета и маневрирования. 3) Отсутствие способности регулировать затраты энергии. По своей сути все три препятствия относятся к отсутствию адаптаций для создания подъемной силы, превышающей вес собственного тела или отсутствие адаптаций, позволяющих использовать мускульную силу человека . Диаграмма затрат энергии живых существ в процессе полета СУЩЕСТВУЕТ ОПРЕДЕЛЕННОЕ ОТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МУСКУЛЬНОЙ СИЛОЙ, ВЕСОМ ТЕЛА И МАКСИМУМОМ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ КРЫЛЬЕВ. ЭТО СООТНОШЕНИЕ СТАВИТ ПРЕДЕЛ ДЛЯ ПОЛЕТА ЖИВОГО СУЩЕСТВА ЗА СЧЕТ МУСКУЛЬНОЙ СИЛЫ. НА ЗЕМЛЕ У ЭТОГО ПРЕДЕЛА СТОЯТ КОНДОР, ДРОФА (ВЕС ДО 25 КГ). СУЩЕСТВА БОЛЬШЕГО ВЕСА ЛЕТАТЬ НЕ МОГУТ. Интересно, что "отряд" существ, способных летать, не так уж мал - в него входит около 60% всех живых существ на планете. Земные живые существа. весом более 12 кг вообще не должны обладать способностью летать. И действительно, ни одно из летающих существ не способно подняться в воздух, если его вес превышает указанную величину Английский ученый Дуглас Уилки решил "подсечь" барьер мышечного полета. Ученый разместил весь животный мир - от муравья до слона и отложил его две мощности: среднюю, характерную для этого существа в обычных условиях, и максимальную. Получилась двухэтажная диаграмма. Мощность живых существ растет намного медленнее, чем их вес, и чем крупнее животное, тем меньшая доля приходится на каждый килограмм его веса. Таким образом, получается, что муравей гораздо сильнее слона. А мощность, требуемая для полета пропорциональна весу, возведенному в степень 1,167. Она устремляется вверх крутой прямой (самая жирная линия) и пронизывает оба "этажа" диаграммы. Точки пересечения обозначают два весовых потолка. Первый потолок отделяет всех легко летающих существ от тех, кому полет дается ценой траты больших сил. Эта граница обозначает максимальный вес крылатых.. Но этим не исчерпываются энергетические ресурсы организмов. И здесь кривая встречается с максимальной мощностью животного, которую он может развить на короткое время. Этот потолок находится вблизи 170 кг. Граница-максимум ограничивает круг летунов, которым энергетически невыгодно летать.
