Урок "Природа - гениальный конструктор" (5 класс)

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Величайшим достижением мастерской природы является стебель злаков - со­ломина. У тростника она, например, вырастает высотою до 3-х м, имея в попереч­нике всего лишь 15 мм, у стебля ржи отношение диаметра стебля к его высоте (коэффициент стройности) достигает 1:500, причем соломина несет еще груз (колос), вес которого в  1,5 раза больше, чем вес стебля.

Не случайно сильная буря вырывает с корнем деревья и лишь пригибает к земле тонкий стебель злака.

Возникла идея конструкции Останкинской телебашни, т.к. полый стебель прочнее сплошного.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Листья - это по сути окно, через которое растение получает энергию. Грязное окно пропустит меньше энергии, лишая растение важных питательных веществ. Вот почему поверхность большинства листьев, хотя и кажется гладкой, на самом деле покрыта практически микроскопическими бороздками. При этом пыль и грязь не могут удержаться и скапливаются в этих бороздках, после чего дождь смывает все ненужное.

Ученые смогли создать самоочищающуюся краску. Имитируя возвышения и впадинки на листе, такая краска удерживает поверхность чистой и к тому же создает неблагоприятную среду для бактерий и грибков, снижая уровень содержания микробов на 90 процентов. Сейчас многие компании работают над тем, чтобы создать самоочищающееся стекло и бетон.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Признанным землепроходцем является крот, главным землеройным орудием которого являются передние, очень мощные конечности. Ладони их повернуты в стороны и назад, пальцы короткие, с длинными широкими когтями. Действуя ими, как саперными лопатами, крот ежедневно прорывает по нескольку метров новых ходов,  причем  землю  вдавливает,  укрепляя, таким  образом,  стенки туннеля.

Разработан подземный    роющий   агрегат, которой подобно кроту,  двигается под землей и пробивает туннель с глад­кими  плотными  стенами.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

В течение миллиардов лет растения превращали солнечный свет в энергию. Ученые не один год бьются над тем, чтобы создать более эффективные, недорогие солнечные батареи, которые сделаны по подобию листьев.

Ученые разработали "искусственные листья", которые представляют собой наполненный гелем мешочек со специальными веществами и частичками растений.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Лист растения обладает механической прочностью, которая в значительной степени зависит от жилок, пронизывающих его плоскость от основания до верхуш­ки. Лист тропического растения Виктории регии, встречающегося в водах Амазонки и Ориноко вырастает до 2-х м в диаметре и выдерживают, не погружаясь в воду, вес до 50 кг. С нижней стороны этот лист как бы укреплен толстыми и прочными прожилками, похожими на канаты. Принцип построения листа Виктории регии использовали при сооружении потолка фойе Тульского драматического те­атра. Они протянули по потолку железобетонные нервюры, которые несут огромный пролет.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Долгое время оставалась загадочной способность летучих мышей летать в абсолютной темноте и ловить «на ходу» насекомых, не задевая встречные пред­меты. Беспрестанно издавая в полете ультразвуковые сигналы и воспринимая их эхо, отраженное от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте окружа­ющее пространство, осуществляя ультразвуковое «видение». Ле­тучие мыши обнаруживают в темноте натянутую проволочку диаметром 0,12- 0,05 мм, улавливают эхо, которое в 2 тыс. раз слабее посылаемого сигнала, на фоне множества звуковых помех могут выделять полезный звук, то есть только тот, который им нужен.

На основе принципа эхолокации летучих мышей конструируются модели приборов-поводырей, ультразвуковых очков-локаторов для слепых и т.  п.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Петухи сорных кур регулируют тем­пературу гнезда, имеющего вид кучи, внутри которой находятся яйца. До тех пор, пока птенцы не вылупятся и не выберутся на поверхность, эти птицы заняты тем, что под­держивают в гнезде постоянную температуру, то разбрасывая верхний слой гнездового материала, то снова нагребая его наверх, и постоянно пробуют его клювом, на котором находятся терморецепторы. Куры определяют температуру почвы с точностью до десятой доли  градуса.

 Ученые и инженеры уже создали ряд устройств, весьма чувствительных к тепловому излучению: снайперские винтовки, инфракрасные прицелы. В современной технике существуют инфракрасные детекторы, которые обнаруживают нагретые предметы на очень больших расстояниях, например, летящий на высоте самолет, или определяют температуру небесного тела.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Идеальную по прочности форму изобрела природа для тонкой яичной скорлупы. Несмотря на то, что толщина скорлупы равна примерно 0,3 мм, она состоит из семи слоев, каждый несет свою определенную функцию. Слои не расслаиваются даже при самых резких изменениях температуры и влажности, представляя собой яркий пример совместимости материалов с различными свойствами.

Примерами таких конструкций являются кровля выставочного павильона в Париже, напоминающая лепесток цветка, она перекрывает без опор пролет более 200 м, крыша выставочного павильона в Ереване, купол цирка в Казани,
крыша торгового центра в Челябинске, имеющая вид оболочки двоякой кривизны,
покрывающей  без  единой   промежуточной опоры площадь  более гектара.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Паутина в пять раз превышает прочность стали. Ученые пытались воссоздать шелковую нить паука, но им никак не удавалось получить искусственные нити, которые были бы такими же прочными, как и настоящий шелк пауков. Тем не менее, ученым удалось сделать невероятное достижение - пуленепробиваемую кожу. Соединив шелк паука с кожей, выращенной в лаборатории, ученые создали материал, который может остановить ускоряющуюся пулю. Конечно, при тестировании пулю выстреливали не в полную силу, и даже если бы пулю удалось остановить, удар привел бы к разрушению костей и разрыву внутренних органов. Однако в сочетании с современными бронежилетами можно создать практически безупречную защиту.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Раковины моллюсков, за­крученные в одной или разных плоскостях - это прояв­ление способа достижения наибольшей прочности при экономном расходовании материала. Благодаря завитой форме такие тонкостенные конструкции выдержи­вают большое давление при погружении на глубину. Завива­ются в спираль, приобретая этим дополнительную жесткость, тонкие и длинные стебли огурцов или тыквы.

Закрученная форма природных конструкций подсказала архитекторам новую форму спиралевидной основы здания - турбосомы.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

В некоторых частях Африки 2-3-х метровые термитники – жилища термитов украшают пейзаж. По отношению к размеру самого термита эти холмы все равно, что гигантский небоскреб. И при этом эти труженики работают в условиях невыносимой жары.

Ученые начали анализировать структуру термитников и смоделировали торговый центр в Зимбабве. В чем особенность этого здания? Несмотря на то, что оно находится в стране, где дневная температура поднимается выше 40 градусов, оно остается относительно прохладным, эффективно поглощает и выпускает излишки тепла и потребляет всего 10 процентов энергии по сравнению с аналогичными зданиями.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Чуть увядшее растение, поставленное в воду, спустя некоторое время расправляет листья и лепестки (растение «оживает»). Происходит это под давлением жидкости в клетках расте­ния. Напряжение клеточных оболочек, вызванное внутриклеточным давлением, получило название тургор. Принцип тургора получил сейчас широкое при­менение особенно при сооружении временных построек: выставочных и ярмарочных павильонов, спортивных   залов, туристических лагерей, овощехранилищ и пр.

Наиболее распространенными формами надувных построек пока являются цилиндрический свод и сферический купол.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Одной из опорных форм в природе является конус. Он присутствует в конструктивном построении крон и стволов деревьев, стеблей и соцветий, грибов.

Среди конусообразных форм природы встречаются два начала. Первое начало устойчивости (конус основанием вниз). Это оптимальная форма для восприятия ветровых нагрузок и действия сил тяжести. Ее легко заметить в кроне или стволе ели, в шляпке или ножке белого гриба, сморчка обыкновенного, у гриба зонтика. Второе начало - это конус роста (конус основанием вверх). Примерами конуса роста являются гриб бокальчик, гриб лисичка. Но чаще в природе проявляется взаимодействие двух конусов. Примером являются кроны многих деревьев, которые внизу начинают развиваться по принципу конуса роста, а заканчиваются по принципу конуса гравитационного - вершиной вверх. Архитекторы в своем творчестве нередко используют принцип конуса. Так, в конструкции Останкинской телебашни отчетливо виден конус гравитации.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Ребристая форма листа манжетки, бука, лапчатки придает им по сравнению с та­кими же листьями, имеющими гладкую поверхность, дополнительную жесткость, прочность и устойчивость в пространстве. Так, лист манжетки благодаря ребристой форме удерживает тяжелую каплю воды и не сминается под тяжестью во много раз большей, чем его вес.

Складчатая конструк­ция - одна из простейших среди многообразия пространственных конструкций. Образованные из плоских поверхностей, они просты в изготовлении и в монтаже. Они могут перекрывать весьма большие сооружения, например, зал ожидания на Курском вокзале или легкоатлетический манеж Института физкультуры в Москве.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Конечности мух и черных морских ежей имеют вакуумные присоски, благо­даря которым ежи, например, взбираются по совершенно отвесным скалам, а мухи ползают по совершенно гладкому стеклу или по потолку.

По принципу вакуумной присоски стали делать подъемные краны, стоящие на прижатой к земле стальной чаше, из-под которой откачивают воздух.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

При построении первых глубоководных подводных лодок - батискафов - ученые использовали подводное жилище паука серебрянки. Из всех пауков только он живет под водой. Но поскольку серебрянка, как все пауки, дышит воздухом, то приходится ему строить из паутины куполооб­разный дом, заполненный воздухом. Время от времени паук пополняет запасы воз­духа, принося его с поверхности водоемов. Запасшись им вдосталь, серебрянка неделями не покидает своего жилища.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

В природе существуют организмы, отличающиеся свойством излучать свет. Например, жгутиконосец ночесветка, медуза пелагия, веслоногий рачок эуфаузида вспыхивают ярким светом в ответ на механическое раздражение. У червей - донных полихет - светящиеся органы развиваются лишь в период размножения. Ракушковый рачок циприна зажигает свой «фонарь» в ответ на сигнал другой особи. Глубоководные креветки, кальмары и некоторые рыбы, спасаясь от врагов, выбрасывают в воду светя­щуюся слизь, используя ее как световую завесу.

Установлено, что в «светильниках» живых организмов почти вся химическая энергия при окислении превращается в свет, тогда как в обычной электрической лампе более 70% энергии уходит не на освещение, а на образование тепла. Работают ученые по созданию искусственного «живого света», который может быть применен в тех случаях, когда нежелательно пользоваться светом, излучающим тепло, например, в операционных, во взрывоопасных  шахтах.

Ф.И.__________________________________________________________

Заголовок  ____________________________________________________

Известно, что акулы невероятно устойчивы к паразитам, грибковым и бактериальным инфекциям благодаря уникальной структуре поверхности их кожи. Шипованная поверхность кожи акул создает среду, неблагоприятную для различных микробов. По сути, вредителям некуда спрятаться, а движение по поверхности повреждает их.

Ученым удалось воссоздать эту структуру на клеящей пленке, которую они надеются применить в школах, больницах и других местах, где обитают опасные микробы.