XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Путешествие энергии» модель аквафермы в океанариуме с помощью конструктора LEGO Education «Первые механизмы»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Наша команда «Дети на ракете» посетила Пензенский зоопарк, чтобы узнать, как животные переносят морозное время года. Мы выяснили, что сотрудники зоопарка заготавливают для травоядных животных на зиму веники из веток деревьев и трав, т.к. зимой сочные и свежие листья найти почти невозможно. Но, к сожалению, и их количества недостаточно для обеспечения всего зоопарка на зимний период.
Путем исследований мы узнали, что выращивать растения можно круглый год, благодаря акваферме. Акваферма – «умный» аквариум, совмещённый с мини-фермой для выращивания растений. Получается особая замкнутая экосистема: аквариум подпитывает растения, а растения фильтруют и очищают воду из аквариума. Для того, чтобы растения смогли получать все животные, мы предлагаем объединить акваферму с Пензенским океанариумом. Такое решение должно упростить обслуживание аквариумов и позволить выращивать зелень круглый год. Кроме того, за счет использования аттракционов перед океанариумом и турникета, будет вырабатываться энергия, которая нужна для выращивания растений. Таким образом, мы сможем бесплатно поставлять растения в зоопарк, не имея лишних затрат. В этом и состоит актуальность нашего проекта.
Цель работы заключается в проектировании и разработке модели аквафермы в океанариуме с помощью конструктора LEGO Education «Простые механизмы».
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить разные группы животных Пензенского зоопарка;
Проанализировать работу аквафермы;
Сконструировать модель аквафермы в океанариуме с помощью конструктора LEGO Education «Простые механизмы».
Для реализации проекта мы предлагаем модернизировать Пензенский океанариум и достроить необходимый второй этаж, на котором будет располагаться дендрарий.
При конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах.
Глава 1. Изучение животных Пензенского зоопарка
Пенза – город в Российской Федерации, административный центр Пензенской области, расположен на реке Сура. Город расположен на юго-востоке Европейской части России.
Зоопарк является зелёным островком природы в городе, который очаровывает своим местоположением. Три естественных водоема, соединенные между собой протоками, холмы и огромные поляны, светлая березовая роща и тенистая лиственничная аллея, чудесный фруктовый сад органично соседствуют с вольерами, а пруды являются частью вольеров. На 2021 год в Пензенском зоопарке насчитывается 3170 питомцев. 143 вида животных занесены в Международную Красную книгу, а 22 – в Красную книгу Российской Федерации.
Каждый из сезонов года в зоопарке интересен по-своему. И зимний зоопарк также привлекателен для любителей природы. Не стоит думать, что в холодное время года в зоопарке нет ничего интересного. При наступлении холодов теплолюбивых животных «переселяют» в тёплый павильон «Дом приматов и хищников», тропические птицы зимуют в отапливаемых помещениях на служебной территории. А вот животные средних и северных широт демонстрируются в своих вольерах.
Кроме того, при наступлении морозов животных в зоопарках и питомниках активно подкармливают. Дополнительные калории не дают питомцам замерзнуть.
В Пензенском зоопарке есть немало травоядных животных, для которых в зимний период требуется особое внимание и забота. Домашний осёл, альпака, кенгуру Беннетта, зебра Чапмана и д.р. Все эти животные питаются травянистой растительностью и листьями деревьев, которые трудно найти в зимнее время года.
Глава 2. Принципы работы аквафермы
Самоочищающийся аквариум с растениями и рыбками, получивший название акваферма, был придуман в Калифорнии изобретателями Никил Арором и Алехандро Велезом. Основной их целью было создать маленький оазис живой природы в суровых условиях мегаполиса, который можно легко обслуживать самостоятельно. Главной особенностью и преимуществом аквафермы перед обычным аквариумом является то, что воду нужно менять крайне редко, при условии, что ферма густо засажена. Отходы жизнедеятельности рыбки вместе с водой доставляются насосом к корням растений и являются естественным удобрением. Так что подкормка растениям не нужна. Нет необходимости и в поливе, главное вовремя доливать воду в аквариум. Растения для аквафермы можно выбирать любые, без ограничений. Лучше всего будут приносить урожай влаголюбивые виды, растущие на протяжении всего года. Опытные садоводы рекомендуют выращивать в мини аквариумах зелень, травы и злаки.
При выборе питомцев необходимо помнить, что количество рыбок и видовой состав должны соответствовать объему аквафермы и они должны уживаться друг с другом.
Гуппи. Неприхотливые пресноводные рыбки считаются отличным выбором для новичков в аквариумном деле. Для них очень важны качество и чистота воды, поэтому первые несколько недель, пока растения не наберут силу для должной фильтрации жидкости, стоит внимательно следить за их состоянием.
Зебра (данио-рерио). Полосатые, шустрые рыбки с длинными плавниками. Относятся к стайным видам, поэтому рекомендуется содержать их в количестве от 3 штук. Для новой аквафермы подойдут взрослые особи, менее чувствительные к чистоте воды.
Сиамский петушок. Лучший вариант для маленькой аквафермы. Прекрасно себя чувствует в одиночестве, но крайне драчлив в компании. Отличается неприхотливостью.
Советы по комплектации и содержанию аквафермы:
Растения в самом аквариуме должны быть искусственными, поскольку вода быстро портится из-за гниющих корней. Однако некоторые аквафермеры советуют в качестве подводного растения посадить анубиас, который активно поглощает нитраты из воды.
Для лучшего очищения стенок аквариума в дополнение к рыбке можно завести пару улиток.
Время от времени следует поворачивать горшочки с растениями вокруг своей оси, чтобы корни плотно обвивали горшочек.
Для придания аквариуму более живого вида, а также для создания рыбкам большего комфорта, рекомендуется установить искусственные укрытия в виде маленьких замков или пещерок.
Глава 3. Альтернативные источники энергии в океанариуме
Мы предлагаем создать не просто океанариум совмещенным с аквафермой, но и минимизировать затраты на его модернизацию и содержание, чтобы поставлять растения бесплатно в зоопарк. Поэтому в нашем проекте мы решили использовать альтернативные источники энергии. Среди различных видов энергии, используемых человеком, особое место занимает наиболее универсальный из ее видов – электрическая энергия. Широкое использование электроэнергии является основой технического прогресса. Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. Так, например, чтобы растения смогли постоянно получать солнечный свет, мы разместили фитолампу, которая вращается вокруг своей оси и освещает все растения. А энергию, которая затрачивается на использование лампы, мы получаем от турникета и детской площадки.
Глава 4. Конструирование модели аквафермы в океанариуме с помощью конструктора LEGOEducation «Первые механизмы»
Побывав в Пензенском океанариуме, а также изучив работу аквафермы, мы начали разрабатывать модель усовершенствованного океанариума совмещенного с аквафермой, при этом используя альтернативные источники энергии.
Одним из источников альтернативной энергии в нашем проекте являются ветрогенераторы, которые расположены далеко от океанариума. Ветрогенераторы работают за счет повышающей и понижающей зубчатой передач, а также коронной передачи для вращения лопастей ветрогенераторов. Зубчатая передача – механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой. За счет работы ветрогенераторов будет вырабатываться энергия, которая будет направлена на работу передвижной смотровой площадки. Чтобы рассмотреть дендрарий со всех сторон, мы используем передвижную смотровую площадку, которая работает за счет использования червячной передачи и тросов.
Рис.1. – Макет проекта
Рис.2. – Передвижная смотровая площадка и фитолампа
Кроме ветрогенераторов источниками энергии в нашем проекте являются сами аттракционы на детской площадке и турникет, которые будут вырабатывать энергию от механического движения. Полученная энергия будет использована непосредственно для постоянной работы фитолампы.
Рис.3. – Детская площадка и турникет
Заключение
В ходе данной работы нами была изучена и проанализирована проблема обеспечения свежими листьями обитателей зоопарка в зимнее время года. Мы изучили виды животных Пензенского зоопарка, которые питаются травянистой растительностью и листьями деревьев. Узнали, что сотрудники зоопарка заготавливают для травоядных животных на зиму веники из веток деревьев и трав, т.к. зимой сочные и свежие листья найти почти невозможно. Но, к сожалению, и их количества недостаточно для обеспечения всего зоопарка на зимний период.
Таким образом, мы начали искать варианты и способы выращивания растений круглый год. Одним из таких вариантов является акваферма. Проанализировав процессы работы аквафермы мы решили создать модель аквафермы совмещенной с Пензенским океанариумом.
Список литературы
Список использованных источников и литературы:
Петрова И. ЛЕГО-конструирование: развитие интеллектуальных и креативных способностей детей 3-7 лет // Дошкольное воспитание. - 2007. - № 10. - С. 112-115.
Рыкова Е. А. LEGO-Лаборатория (LEGO Control Lab). Учебно-методическое пособие. – СПб, 2001, - 59 с.
Учебное пособие: Lego Educational «Первые механизмы: книга для учителя». –· Институт новых технологий. – 2009656RM. М., 2015 -81 с.
Электронный источники:
https://zoo-penza.ru/
http://oceanpenza.ru/
https://aqua-tropica.ru/akvaferma-aquafarm-rajskij-ugolok-dlja-malenkoj-kvartiry/
https://news.rambler.ru/army/48531358-akvaferma-chto-eto-takoe-i-dlya-chego-ona-nuzhna/