Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Биология / Конспекты / Конспект урока биологии в 5 классе "Бионика. Использование природных конструкций в технических сооружениях."
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Биология

Конспект урока биологии в 5 классе "Бионика. Использование природных конструкций в технических сооружениях."

библиотека
материалов

Ваш логин: vdovi.lena. Ваш пароль: vdovi25. Страница для входа: http://учительский.сайт









Открытый урок по биологии

Тема: Бионика.

Использование природных конструкций в технических сооружениях.



С древнейших времен человечество стремилось воплотить особенности организации живых организмов в произведения своего труда.









«Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями…»

Леонардо да Винчи



Тема урока: «Бионика. Использование природных конструкций в технических сооружениях.

Цели урока:

  1. Рассмотреть использование природных конструкций инженерами в технических сооружениях в настоящее время.

  2. Изучить современные достижения биологических дисциплин нахождение и применение их в технике.

  3. Развивать познавательные интересы учащихся в изучении предмета биологии.

  4. Воспитывать любовь и бережное отношение к природе.

Тип урока: Урок по передаче – усвоению новых знаний.

Вид урока: Рассказ учителя с использованием ИКТ (презентация).

Метод обучения: 1. Информационный. 2. Репродуктивный.

Материально – техническое оснащение урока: компьютер проектор, экран, дифференцированные задания для учащихся.

Ход урока:

I. Организационный момент. (до 2х минут). Введение в урок, сообщение цели, готовность учащихся к уроку.

II. Формирование новых понятий и способов действий (30 минут).

  1. Предмет науки бионики.

  2. Наблюдения врачей древности и создание увеличительных устройств.

  3. Изучение электрической активности в живой природе учеными Гальвани и Вольтом.

  4. Исследования Французского физиолога и создание закона физики.

  5. Гидрофоны во время Первой мировой войны.

  6. Диатомовые водоросли на службе стекловаренной промышленности.

  7. Задачи бионики и исследование рецепторных и анализаторных систем.

  8. Исследования аэродинамических свойств птиц и насекомых и развитие науки аэродинамики.

  9. Эхолокация насекомых и летучих мышей, создание эхолокационных систем на вооружение военной техники.

  10. Врожденная способность к навигации у птиц и поиски новых навигационных систем.

  11. Реактивное движение в природе и применение его в технике.

  12. Природные конструкции (растений и животных) и архитектура.

  13. Скелетные элементы – соты, пчелы и строительство.

  14. Перспективы развития науки бионики.

III. Формирование навыков умственного труда (до 10 минут). Вопросы для закрепления знаний среднего учащегося и Дифференцированный подход к учащимся.(письменные задания для слабых учащихся приложение №1).

  1. Какие особенности строения и приспособления животных и растений используются человеком в строительстве, промышленности?

  2. Приведите примеры эхолокации и электролокации у живых организмов.

  3. Как можно использовать в строительстве принципы организации растительных организмов?

  4. Какое значение имеет изучение особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно – технического прогресса?

  5. Приведите примеры «изобретений» природы, которые еще в глубокой древности помогали решать ряд технических задач.

  6. Приведите примеры компенсаторных механизмов и способностей к адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой надежности биологических систем?

  7. Какие биологические рецепторные и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей? Приведите примеры.

  8. Какие природные конструкции и формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре? Приведите примеры.

IV. Итог урока. (3 мин).

  1. Что такое бионика и почему возникло это научное направление?

  2. Какое значение имеет изучение биологии для научно – технического прогресса?

  3. Выставление оценок.

Д.З.Глава 8 Стр. 300 – 308.

Самостоятельная работа: Применение и использование структурно функциональной организации животных различных систематических групп (червей, членистоногих, моллюсков, иглокожих и хордовых) и растений в разных областях производственной деятельности человека.

Тема урока: Бионика. Использование природных конструкций в технических сооружениях.

С незапамятных времен мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа?

Сможет ли он, например, летать, как птица или плавать под водой, как рыба? Сначала человек мог только мечтать об этом но вскоре изобретатели начали применять особенности организации живых организмов в своих конструкциях.

Человек представляет собой высшую ступень развития живой природы не потому, что его чувствительные или рабочие органы лучше, чем у животных. Многочисленные примеры убеждают в том, что у многих животных та или иная система жизнедеятельности во много раз совершеннее, чем у человека. Приведем лишь некоторые из них: лучшие спортсмены бегуны на короткие дистанции развивают скорость 40 – 42 км /час. В мире животных в 2 – 3 раза быстрее бегает гепард, страус и многие другие. Количество движений, которое человек способен совершить за 1с, составляет максимум 10 – 12 ( к примеру, постукивания пальцем по столу), а частота взмахов крыла у обыкновенной пчелы – 250 – 300 движений в секунду.

Преимущество человека заключается в уникальной способности мозга к мышлению и способности к общественному труду.

Бионика новый раздел биологии посвящен самым последним достижениям в сфере использования особенностей строения и жизнедеятельности живых организмов в целях создания наиболее совершенных технических приспособлений, устройств, систем.

Бионика – ( от греч. Bion – элемент жизни, ячейка жизни, элемент биологической системы) – одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов в целях создания более совершенных технических систем и устройств, характеристики которых приближаются к соответствующим показателям живых систем.

Датой рождения бионики считается 13 сентября 1960 года. В этот день открылся первый международный симпозиум на тему «Живые прототипы искусственных систем – ключ к новой технике».

Изобретатели уже давно обращали внимание на различные явления природы, закономерности ее развития и находили правильные решения технических задач. Крупнейший отечественный специалист по аэродинамике Н.И. Тихомиров (1860 – 1930) отмечал, что природа иногда так нам помогает, «что самые сложные задачи решаются с поразительной быстротой».

И в этом нет ничего удивительного. В процессе последовательного, беспощадного естественного отбора природа тысячелетиями совершенствовала свои системы, оттачивала отдельные органы животных. В жестокой борьбе за существование выживали и давали потомство самые совершенные формы организмов. В итоге в результате столь продолжительной эволюции природа создала на Земле гигантскую сокровищницу изумительных образцов «живых инженерных систем». Они функционируют очень точно, надежно и экономично, отличаются поразительной целесообразностью и гармоничностью действий. У природы для этого было много времени, а человек, создающий современные машины, должен решать технические задачи за короткий срок, за десятилетия, даже годы.

Многие «изобретения» природы еще в глубокой древности помогали решать ряд технических задач. Арабские врачи уже много сотен лет назад, проводя глазные хирургические операции, получили представление о преломлении световых лучей при переходе из одной прозрачной среды в другую. Изучение хрусталика глаза натолкнуло врачей древности на мысль об использовании линз, изготовленных из хрусталя или стекла, для увеличения изображения.

Не менее интересным и перспективным для использования оказалось проявление электрической активности в живой природе, обнаруженное в конце XVIII века знаменитыми учеными Гальвани и Вольта у животных (лягушки). В дальнейшем оказалось, что электрическая активность – неотъемлемое свойство живой материи. Электричество генерирует нервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ. Эта способность наиболее изучена у рыб в настоящее время известно, что около 300 видов рыб способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По силе и характеру разрядов такие рыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические. К первым относят южноамериканские электрические угри, африканские электрические сомы и морские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень сильные заряды: угри создают напряжение до 600 В, сомы – до 350 В. Напряжение тока у морских скатов невысоко, носила тока их разрядов иногда достигает 60 А, что позволяет им парализовать даже крупную добычу.

Рыбы второго типа – обитатели мутных, илистых водоемов Африки – не испускают отдельных разрядов. Они посылают в воду почти непрерывные и ритмичные импульсы высокой частоты, создавая вокруг своего тела электрическое поле. Конфигурация этого поля, которую можно представить в виде магнитно – силовых линий, зависит от формы самой рыбы. Если в электрическое поле попадает объект, отличающийся по своей электропроводности от воды, конфигурация поля изменится. Рыбы воспринимают эти изменения с помощью рецепторов, расположенных у большинства в области головы, и определяют местонахождение объекта. Таким образом эти рыбы осуществляют электрическую локацию, позволяющую на расстоянии найти пищу, избежать встречи с врагами и столкновения с невоодушевленными предметами в мутной воде, где всецело полагаться на зрение не приходится. Приемы, с помощью которых электрические рыбы ловят добычу и защищаются от врагов, подсказывают человеку технические решения при разработке установок для промыслового электролова или отпугивания рыб от разводимых в водоемах моллюсков и растений. Исключительные перспективы открывает моделирование электрических систем локации у рыб. В современной подводной локационной технике пока не существует систем поиска различных объектов в водной среде, которые работали бы по образцу электролокаторов рыб. Работа по созданию подобной аппаратуры ведется учеными многих стран.

В физике развитие многих направлений учений об электричестве началось с исследования животного электричества. В частности, знаменитые опыты итальянского физиолога XVIII в. Луиджи Гальвани с лапкой лягушки привели в итоге к созданию гальванических элементов – химических источников электрической энергии.

Французский физиолог и физик XIX столетия Жан Луи Мари Пуазель на основе экспериментальных исследований тока крови в кровеносных сосудах установил закон течения жидкости в тонких трубках. Этот закон используется в гидравлике при определении вязкости, а также скорости кровотока в капиллярных сосудах.

Еще в годы Первой мировой войны британский флот получил на вооружение гидрофоны – приборы для обнаружения германских подводных лодок по шуму их винтов в воде. Конструкция оказалась неудачной. Во время хода судна гидрофоны не воспринимали других звуков, так как все заглушалось шумом собственного корабля. На помощь пришли зоологи. Они напомнили, что тюлени прекрасно слышат в воде при любой скорости, и предложили придать гидрофонам форму ушной раковины тюленя. С тех пор англичане стали успешно бороться с германскими подводными лодками.

Приведенные примеры, а их число можно значительно умножить, доказывают, что замечательные творения живой природы уже давно изучаются, а принципы их построения заимствуются человеком. Однако поиски новых идей в сокровищнице природы, применяемых к различным техническим задачам, были нерегулярными, носили спорадический характер. Стремление ученых понять, в чем природа совершеннее, умнее, экономнее современной техники, их попытки найти и систематизировать новые методы для коренного усовершенствования существующих и создания принципиально новых машин, приборов, строительных конструкций и технологических процессов породили новое научное направление, получившее название бионика.

Одной из основных задач, решаемых бионикой, является исследование принципов, позволяющих достичь высокой надежности биологических систем, моделирование компенсаторных функций организмов и их способностей к адаптации. Задачи бионики решаются силами ученых многих специальностей: физиков, химиков, математиков, кибернетиков, инженеров различных специальностей.

Примером высокой надежности приспособительных механизмов являются особые оболочки для защиты окружающей среды и возможного нападения. Инженерам – теплотехникам хорошо известен диатомит – огнеупорный материал, из которого делают стенки стекловаренных печей. Диатомит получают из залежей гигантских скоплений оболочек диатомовых водорослей, осевших на дно водоемов. Клетки этих водорослей располагаются внутри защитного панциря. Панцирь диатомей состоит из двух половин, вставленных одна в другую. Благодаря особой шишковатой структуре, состоящей из параллелепипедов или решеток, придающих панцирю высокую прочность, диатомеи способны выдерживать большие напряжения сжатия и изгиба.

Примером сложной системы адаптации к изменениям окружающих условий является характерная для животных система, регулирующая уровень содержания в крови сахара – важного источника энергии. Она представляет особый научный интерес. Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при определенном содержании в крови виноградного сахара (глюкозы). Уникальная система регулирования не допускает губительных для организма колебаний содержания сахара в крови.

В организме есть депонирующий (запасающий) орган, в котором глюкоза, полимеризуясь, переходит в другой вид углерода – гликоген (животный крахмал). Этот орган – печень. В ее клетках гликоген может откладываться в больших количествах, снижая, таким образом содержание в крови глюкозы.

Когда содержание глюкозы в крови падает ниже необходимого уровня, часть гликогена деполимеризуется и образующаяся глюкоза вновь поступает в кровь до тех пор, пока ее содержание снова не достигнет нормы. Организм не избавляется от избытка ценного энергетического продукта, а преобразует его в удобную для хранения форму, создает запас.

В комплекс задач, решаемых бионикой, входит также исследование биологических рецепторных и анализаторных систем (прежде всего изучение органов зрения, слуха и обоняния) в целях построения их технических моделей. Глаз кальмара приспособлен для видения предметов как при слабом, так и при сильном освещении. Это приспособление связано с наличием в клетках сетчатки бурого зернистого пигмента. На ярком свету пигмент распределен по всей клетке, защищая ее чувствительное основание от избытка световых лучей. Ночью, при слабом освещении, весь пигмент, наоборот, равномерно сосредоточивается в основании клетки, повышая ее чувствительность. Нечто похожее создано сейчас оптиками. Им удалось разработать стекла, мгновенно темнеющие при попадании на них яркого света. Когда яркость уменьшается, стекла вновь приобретают прежнюю прозрачность.

Очень интересными и перспективными оказались исследования аэродинамических свойств птиц и насекомых, гидродинамических характеристик головоногих моллюсков, рыб, китообразных. Результаты этих исследований используют в авиа – и судостроении, конструировании и изготовлении гидрореактивных двигателей для подводного транспорта

Великий русский ученый Н.Е. Жуковский, исследуя полет птиц, открыл «тайну крыла», разработал методику расчета его подъемной силы, которая держит самолет в воздухе. Результаты изучения особенностей полета птиц, которому так много времени уделял Н.Е. Жуковский, лежат в основе современной аэродинамике.

Еще более совершенным летательным аппаратом в живой природе обладают насекомые. По экономичности полета, относительной скорости и маневренности они не имеют себе равных в живой природе, а тем более в современной авиационной технике. Хотя скорость их полета, казалось бы, невелика по сравнению с современными авиалайнерами, но если подсчитать скорость относительно длины тела летящего животного, то оказывается, что быстрее всех летает шмель: за одну минуту он проделывает 10 000 расстояний, равных длине его тела; второе место занимает стриж, третье скворец, затем серая ворона и на последнем месте оказывается наш скоростной реактивный пассажирский авиалайнер, который за минуту пролетает только 1500 расстояний, равных его длине, т.е. летает в 6 – 7 раз медленнее шмеля! По экономичности полета, относительной скорости и маневренности насекомые не имеют равных ни в живой природе, ни в современной авиационной технике. Бабочки Адмиралы или репейницы, совершая дальние полеты из Европы в Африку, находятся в воздухе в течение многих часов. Они преодолевают такие гигантские расстояния благодаря высокой экономичности работы своего организма. Бабочки расходуют «горючего» (жиры и углеводы) гораздо меньше, чем птицы при дальних перелетах или современный самолет. Хотя скорость их полета, казалось бы невелика по сравнению с современными авиалайнерами *самая большая у стрекозы дозорщика достигает 144 км /час) но если сравнивать, сколько раз укладывается длина тела летуна в полете за единицу времени, то окажется, что относительная скорость у насекомых намного больше. Несравнимо выше и маневренность полета насекомых. Так, некоторые виды мух могут подолгу зависать в воздухе, а затем быстро снижаться и мягко вертикально снижаться даже на неровную площадку. Бабочки на лету останавливаются перед цветком, чтобы собрать нектар. Стрекозы, осы, пчелы и бабочки бражники могут передвигаться в воздухе не только вперед, но и назад, вправо, влево, вверх, вниз. Чтобы в полете не возникали вредные колебания, на концах крыльев у быстролетающих насекомых имеются хитиновые утолщения. Сейчас авиаконструкторы применяют подобные приспособления для крыльев самолетов, тем самым устраняя опасность вибрации машины. Полет насекомых – процесс сложный и во многом еще не изученный. Однако идея создания летательного аппарата, в основе которого лежал бы принцип полета насекомых, ждет своего решения. Изучение способности насекомых к полету открывает перед человеком бесконечное разнообразие оригинальных решений в конструкции летательных аппаратов.

Выявив функцию жужжалец – недоразвитых задних крыльев в виде булавовидных придатков у мух, ученым удалось создать прибор «гиротрон», применяемый для определения углового отклонения стабильности полета в самолетах и ракетах.

Методом скоростной киносъемки установили, что крыло бабочки не только поднимается и опускается при полете, как видно глазом, но и совершает одновременно волнообразные движения по поперечной оси. По аналогии с движением крыла бабочки к крыльям ветряка приделали дополнительные лопасти в виде крылышек, и ветряк стал работать даже при самом тихом ветре.

Долгое время оставалась загадочной способность летучих мышей в полной темноте летать и ловить насекомых, не задевая встречные предметы. Лишь в наше время было установлено, что летучие мыши могут издавать и воспринимать звуки с частотой выше 20 тыс. Гц, т.е. ультразвуки, недоступные слуху человека. Беспрерывно испуская в полете ультразвуковые сигналы и воспринимая их отражение от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружающее пространство. У некоторых видов летучих мышей ультразвук распространяется через рот, у других видов через ноздри. «Приемником» отраженного звука служат уши, которые у некоторых видов, например ушанов, достигают значительных размеров. С помощью такого «ультразвукового» видения летучие мыши способны обнаружить в темноте натянутую проволоку диаметром всего 0,05 мм, уловить эхо, которое в 2 тыс. раз слабее посылаемого сигнала, на фоне множества звуковых помех могут выделить тот звук, который им нужен. Некоторые ночные бабочки также чувствительны к ультразвуковым сигналам. Они воспринимают импульсы летучих мышей на гораздо большем расстоянии, чем сама мышь, т.е. несколько раньше, чем та может их обнаружить, и таким образом избегают опасности. Другие бабочки сами способны издавать ультразвуковые сигналы, которые отпугивают мышей, предупреждая их о несъедобности насекомого.

Изучение природных ультразвуковых локаторов только начинается. Моделирование локаторов по живым образцам открывает новые перспективы их использования в качестве чувствительных элементов различных технических систем. По аналогии с принципом, лежащим в основе эхолокации у летучих мышей, конструируются модели приборов локаторов для слепых и приборы для народного хозяйства.

Ориентироваться в пространстве животные могут и не прибегая к эхолокаторным системам, тем более, что они высокоэффективны на небольшом расстоянии. Одним из примеров ориентации на основе иных принципов – способность к навигации у перелетных птиц и некоторых водных животных.

С наступлением осени большая часть птиц покидает свои гнездовья и отправляется в далекое путешествие к местам зимовок, а весной снова возвращается «домой»ю птицы летят группами и в одиночку, днем и ночью, в туман и сильный ветер, подчас покрывая огромные расстояния. Так, в далекую Африку улетают наши горихвостки, мухоловки – пеструшки, ласточки, журавли, аисты, утки. Замечательны своими дальними перелетами полярные крачки. В течение трех месяцев они достигают Антарктиды, пролетая только в один конец около 16 тыс. км.

Способность к навигации у птиц – врожденное чувство. Кукушонок выросший в чужом гнезде, не летит в ту сторону, куда зовут его приемные родители, а следует традиционным кукушиным путем, хотя летит впервые. У некоторых птиц, например у аистов, молодняк улетает зимовать раньше взрослых. Врожденный «птичий компас» укажет молодому аисту правильный путь к незнакомой ему далекой Африке.

Не только птицы, но и рыбы, например лососи, совершают путешествие из океана в родные реки. Преодолевая течения и пороги, они плывут на нерест вверх по рекам, стремясь во что бы то ни стало попасть туда, где появился на свет. Навигационные способности мигрирующих животных поражают своей точностью, однако устройство и принцип работы систем, обеспечивающих ориентацию, пока не разгаданы. Ученые предполагают, что птицы и другие животные днем ориентируются по Солнцу, а ночью – по звездам. Но поскольку Земля вращается вокруг своей оси и положение звезд и Солнца непрерывно меняется, для правильного определения направления полета необходимо знать время. Оказалось что у птиц есть своеобразные биологические часы. Птицы хорошо чувствуют магнитное поле Земли, силовые линии которого, возможно, также служат ориентиром в полете. Инженеры – бионики многих стран работают над выяснением механизмов ориентации животных, раскрытие которых даст возможность человеку создать принципиально новые навигационные приборы.

Реактивное движение, используемое сейчас в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно головоногим моллюскам – осьминогам, кальмарам, каракатицам. Водометный двигатель на суднах – это точная копия реактивного «механизма», используя который каракатица быстро движется, выбрасывая из себя струю воды с большой силой.

Кальмаров можно назвать «спринтерами моря». Они способны стартовать из морских глубин в воздух с такой скоростью, что нередко пролетают над волнами более 50 м. кальмарам присуща маневренность в воде, они производят чрезвычайно стремительные повороты не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Изучение локомоторного аппарата кальмаров, гидродинамических показателей формы их тела может дать инженерам – кораблестроителям богатый материал для создания высокоманевренной ракеты, способной развивать огромную скорость.

Глубокое и всестороннее исследование биологических процессов, природных конструкций и форм в целях их использования в строительной технике и архитектуре за короткий срок принесло немало открытий.

Ученые обнаружили, что изящная конструкция трехсот метровой металлической Эйфелевой башни в точности повторяет (совпадают даже углы несущих поверхностей) строение большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела, хотя при создании проекта башни инженер Ж. Эйфель не пользовался живыми моделями.

Оказывается, то, что сознательно искала пытливая мысль талантливого инженера, удивительно рационально создала природа в отшлифованном тысячелетиями живом организме. Большая берцовая кость человека при своих небольших диаметре и массе выдерживает сжатие в 1650 кг, что в 20-25 раз больше обычной нагрузки.

При тщательном изучении обычного птичьего яйца установили, что его прочность объясняется тонкой и эластичной пленкой мембраной, благодаря которой скорлупа оказывается конструкцией с предварительным натяжением. Этим открытием воспользовались строители при сооружении театра в Дакаре, внутри которого не должно было быть ни одной колонны, ни одной декоративной опоры – все здание должно было представлять собой огромную, пустую, тонкую железобетонную «Скорлупу», покоящуюся на специальном фундаменте. Только мембрана, придающая прочность этой конструкции, была изготовлена не из куриного материала, а из армоцемента. Тонкие армоцементные скорлупы толщиной15 – 30 мм покрывают без опор пространства высотой более 120 м. при этом чем больше пролет, тем тоньше и легче (до некоторых пределов) должна быть скорлупа.

Изучение удивительного устройства листьев, имеющих ребристую структуру и форму веера, подсказало архитекторам так называемые «складчатые конструкции». Например, лист обычной писчей бумаги, положенный противоположными краями на подставки, не выдерживает собственной массы и прогибается. Тот же лист, но сложенный «гармошкой» и опять положенный на две опоры так, что бы параллельные складки шли поперек пролета, ведет себя иначе, чем гладкий. Он устойчив и может легко не деформируясь, выдерживать нагрузку, равную стократной массе его собственного тела. Новая форма листа придала ему новые механические качества. Используя принцип «складчатых конструкций», в США построили купола с пролетом 100 – 200 метров, во Франции произвели перекрытие павильона с пролетом 218 метров. Широкое применение получили тонкостенные пространственные складчатые конструкции и в России.

В природе встречаются разнообразные формы скелетных элементов – окружности и овалы, ромбы и кубы, треугольники, квадраты и многоугольники. Комбинируя их природа создала бесконечное множество сложных красивых, легких, прочных и экономичных конструкций. Части живых организмов нередко построены из элементов сходной формы. Таковы лепестки цветков, чешуи семян злаков, чешуя рыб, панцирь броненосцев. Повторяемость однотипных структурных элементов в природе – закономерное явление. Естественный отбор сохраняет структуры, наиболее совершенные в функциональном отношении и наиболее экономичные по затрате материала. В этом отношении хорошим примером служит фигура, составленная из плотно сомкнутых правильных шестиугольников или шестигранников. Она очень часто встречается в природе: панцири черепах, чешуи змей, проводящие сосуды растений содержат в своей структуре шестиугольники. Однако среди этих конструкций наиболее замечательное строение – пчелиные соты. Это самая экономичная и самая емкая форма, единственным элементом которой является шестигранная призма.

Строителям жилых домов оказался полезен тысячевековой опыт пчел в сооружении сот. Пчелиные соты обладают многими достоинствами. Единообразие элементов здесь доведено до предела: главным и единственным конструктивным элементом всей пчелиной постройки служит шестигранная ячейка, сделанная из воска. Другое достоинство сот – их прочность, которая (относительно) выше, чем у кирпичной стены. Соты изотропны (их прочность одинакова во всех направлениях). Благодаря этим достоинствам конструкция пчелиных сот легла в основу изготовления «сотовых панелей» для строительства жилых домов. У пчелиных сот имеется одно чрезвычайно важное достоинство. За миллионы лет эволюции пчелам удалось методом проб и ошибок найти самую экономичную и самую емкую форму сосуда для хранения меда. Весь секрет заключается в рационально выбранной форме, в геометрическом построении восковой ячейки. Все острые углы трех ромбов, образующих основание каждого шестигранника равны 70 градусов 32 минуты. Математики доказали , что при шестигранной форме именно такая величина углов обеспечивает наибольшую вместимость сотовой ячейки при минимальных затратах строительного материала на ее сооружение. Наши инженеры воспользовались опытом пчел и разработали новую конструкцию железобетонного элеватора для хранения зерна. До этого у нас в стране строились десятки обычных элеваторов с массивными монолитными железобетонными башнями. Совершенства в них было мало, а железобетона расходовалось много. На строительство современного совершенного элеватора сотовой конструкции бетона уходит на 30 % меньше, чем на его монолитного «предка». Шестигранная призма – основной элемент «сотовых» элеваторов под Новосибирске и в Целинограде. Но многовековой опыт пчел оказался полезным не только строителям жилых домов и зернохранилищ. Его весьма успешно используют при строительстве плотин, шлюзов и многих других сложных ответственных объектов.

Для творчества архитекторов природа представляет немало образцов подобных конструкций, например скелеты некоторых глубоководных губок и особенно радиолярий – микроскопических организмов, относящихся к типу простейших. Скелеты радиолярий поражают богатством и разнообразием форм и расположением опорных элементов. При удивительной экономии материала они обладают высокой устойчивостью, выдерживая давление воды на больших глубинах. Это яркий пример достижения максимальной прочности при минимальной затрате материала. Ле – Реколле, исследовав строение некоторых радиолярий, разработал ряд конструкций универсальных ячеек, которые могут быть использованы в создании различных сооружений – от перекрытий залов до мостов и плотин. Возможно в будущем они найдут применение и в оборудовании, предназначенном для полетов в космос, поскольку в подобных условиях требуется принимать во внимание не только прочность конструкции, но и количество материала, необходимого для его изготовления.

Подражая природным структурам, ряд оригинальных сооружений создали и мостовики. Так, французские инженеры возвели мост, придав ему форму скелета морской звезды. Он имеет вид равностороннего треугольника, что значительно надежнее, чем арочные конструкции.

Трансформация формы листьев, когда они, свертываясь в трубку и образуя причудливые желоба, закручиваются в спираль, обеспечивая себе наибольшую прочность, подсказала инженерам и конструкторам идею моста через реку в виде полусвернутого листа. Его легкость поразительна, прочность необычайна. Красотой, экономичностью и долговечностью этот мост полностью обязан природе.

Еще одну конструкцию моста, подсказанную природой, разработал инженер Сэмюэль Броун. Выйдя в сад и рассматривая тысячи тонких нитей паутины, провисавших между деревьями, он увидел прообраз искомой им конструкции моста на гибких длинных нитях. Ветер раскачивал ее, но подвесные нити не рвались. Инженеру оставалось только рассчитать нагрузки и сечения. Так появились прочные и красивые подвесные мосты.

Чрезвычайно важной и интересной является решаемая бионикой задача исследования систем навигации, локации, стабилизации, ориентации некоторых представителей мира животных и создание принципиально новых технических устройств на основе результатов этих исследований. Навигационные способности мигрирующих животных поражают своей точностью, однако устройство и принцип работы систем, обеспечивающих ориентацию, пока не разгаданы.

Исследования методов кодирования, передачи и обмена информацией, применяемых биологическими системами на различных уровнях организации, помогают создавать новые виды и средства технической связи.

Перечислить все чем занимается бионика нелегко; трудно также охарактеризовать все живые объекты, принципы организации которых могут помочь человеку в решении различных научно – технических задач.

Круг вопросов, изучаемых бионикой, довольно обширен и продолжает расширяться. Ученым предстоит открыть много удивительных конструкций и механизмов, которые пока еще скрыты в творческой мастерской живой природы.















Приложение №1

Дифференцированные задания для учащихся

Дата:________ _ФИО:______________________________№Гр.__________

Каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение, приведенное в правой колонке.

  1. Бионика А.Отдел биофизики, исследующий механические

свойства живых тканей, органов и организмов

в целом.

  1. Эхолокация Б. Способность ряда водных организмов

генерировать и воспринимать электрические

поля.

  1. Способность к навигации В. Способ ориентации в пространстве

Некоторых животных, основанный на

анализе отраженных звуковых волн.

  1. Электрическая активность Г. Свойства некоторых животных

ориентироваться при помощи Солнца,

звезд и магнитно – силовых линий

Земли.

  1. Биомеханика Д. Раздел биологии, изучающий структуру и

жизнедеятельность организмов с целью

использования выявленных закономерностей

в решении инженерных задач и для

построения технических систем, сходных по

характеристикам с живыми организмами.





А

Б

В

Г

Д






















Дата:________ _ФИО:______________________________№Гр.__________

Каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение, приведенное в правой колонке.

  1. Бионика А.Отдел биофизики, исследующий механические

свойства живых тканей, органов и организмов

в целом.

  1. Эхолокация Б. Способность ряда водных организмов

генерировать и воспринимать электрические

поля.

  1. Способность к навигации В. Способ ориентации в пространстве

Некоторых животных, основанный на

анализе отраженных звуковых волн.

  1. Электрическая активность Г. Свойства некоторых животных

ориентироваться при помощи Солнца,

звезд и магнитно – силовых линий

Земли.

  1. Биомеханика Д. Раздел биологии, изучающий структуру и

жизнедеятельность организмов с целью

использования выявленных закономерностей

в решении инженерных задач и для

построения технических систем, сходных по

характеристикам с живыми организмами.

А

Б

В

Г

Д








Дата:________ _ФИО:______________________________№Гр.__________

Каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение, приведенное в правой колонке.

  1. Бионика А.Отдел биофизики, исследующий механические

свойства живых тканей, органов и организмов

в целом.

  1. Эхолокация Б. Способность ряда водных организмов

генерировать и воспринимать электрические

поля.

  1. Способность к навигации В. Способ ориентации в пространстве

Некоторых животных, основанный на

анализе отраженных звуковых волн.

  1. Электрическая активность Г. Свойства некоторых животных

ориентироваться при помощи Солнца,

звезд и магнитно – силовых линий

Земли.

  1. Биомеханика Д. Раздел биологии, изучающий структуру и

жизнедеятельность организмов с целью

использования выявленных закономерностей

в решении инженерных задач и для

построения технических систем, сходных по

характеристикам с живыми организмами.

А

Б

В

Г

Д






  1. Какие особенности строения и приспособления животных и растений используются человеком в строительстве, промышленности?



  1. Приведите примеры эхолокации и электролокации у живых организмов.





  1. Как можно использовать в строительстве принципы организации растительных организмов?



  1. Какое значение имеет изучение особенностей строения и жизнедеятельности организмов для научно – технического прогресса?





  1. Приведите примеры «изобретений» природы, которые еще в глубокой древности помогали решать ряд технических задач.



  1. Приведите примеры компенсаторных механизмов и способностей к адаптации у некоторых организмов, позволяющих достичь высокой надежности биологических систем?





  1. Какие биологические рецепторные и анализаторные системы исследуют ученые для построения их технических моделей? Приведите примеры.



  1. Какие природные конструкции и формы животных и растений использованы в строительной технике и архитектуре? Приведите примеры.




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Краткое описание документа:

   С древнейших времен человечество стремилось воплотить особенности организации живых организмов в произведения своего труда.

«Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями…»

Леонардо да Винчи

 

Тема урока: «Бионика. Использование природных конструкций в технических сооружениях.

Цели урока:

1.      Рассмотреть использование природных конструкций инженерами в технических сооружениях в настоящее время.

2.     Изучить современные достижения биологических дисциплин нахождение и  применение их в технике.

3.      Развивать познавательные интересы учащихся в изучении предмета биологии.

4.      Воспитывать любовь и бережное отношение к природе.

Тип урока: Урок по передаче – усвоению новых знаний.

Вид  урока: Рассказ учителя с использованием ИКТ (презентация).                        

Метод обучения: 1. Информационный. 2. Репродуктивный.

 

Материально – техническое оснащение урока: компьютер проектор, экран, дифференцированные задания для учащихся.

Автор
Дата добавления 15.02.2015
Раздел Биология
Подраздел Конспекты
Просмотров3262
Номер материала 389237
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх