II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗМЕРОВ ИНОПЛАНЕТНЫХ ФОРМ ЖИЗНИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Манаев Н.А. 1

---

1МБОУ СОШ№ 10; г.Мончегорск

Сатурнова Я.В. 1

---

1МБОУ СОШ №10 им. Дважды Героя Советского Союза Б.Ф. Сафонова

Работа в формате PDF

610.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

В данной работе проведено исследование, в котором автор рассматривает возможные формы жизни на других планетах, с которыми может столкнуться человек в ходе освоения космоса.

Логично предположить, что рост человека ограничен некоторыми вполне объяснимыми с точки зрения физики факторами. К таковым относятся сила тяжести, ускорение свободного падения, плотность кости. Предположим, что сила гравитации Земли будет в два раза больше нынешней. Это, конечно, не означает, что все сложные живые организмы будут выглядеть как карликовые черепахоподобные существа, однако вероятность возникновения двуногих прямоходящих людей резко сократится.Даже если мы сможем сохранить механику нашего передвижения, мы станем гораздо ниже и при этом будем иметь более плотные и толстые кости скелета, которые позволят нам компенсировать возросшую силу гравитации. В таком случае возникает логичное заключение: на других планетах Вселенной рост существ ограничен так же.

Возникает проблемный вопрос: как влияет гравитация на размеры живых существ?

В соответствии с проблемным вопросом определена цель и задачи данного исследования.

В ходе работы сделана попытка определить математическую зависимость между ускорением свободного падения, ростом живого существа и плотностью его кости. На основе этой зависимости определены размеры инопланетных существ.

Практическая значимость исследования заключается в возможности прогнозирования форм жизни на небесных телах, с которыми человечество столкнется при неизбежном освоении космоса. Люди заранее смогут узнать, какие существа встретят их на той или иной планете, какими физическими характеристиками они будут обладать.

Применены следующие методы исследования: аналитический и моделирование.

Анализируя полученные данные, автор пришел к интересным и необычным выводам.

Содержание

Прогнозирование размеров инопланетных форм жизни

Манаев Никита

Россия, Мурманская область,

г. Мончегорск

МБОУ СОШ№10

им. Дважды Героя Советского Союза Б.Ф.Сафонова

11-А

План исследования

1. Постановка проблемного вопроса: как влияет гравитация на размеры живых существ?

2. Выдвижение гипотезы: физические характеристики инопланетных форм жизни зависят от конкретных факторов, воздействующих на них

3. Изучение теоретического материала

4. Определение математической зависимости между ускорением свободного падения, размерами живого человека и плотности кости.

5. Проверка зависимости на живых существах планеты Земля.

6. Определение размеров инопланетных существ по формуле

7. Выводы

Прогнозирование размеров инопланетных форм жизни

Манаев Никита

Россия, Мурманская область,

г. Мончегорск

МБОУ СОШ№10

им. Дважды Героя Советского Союза Б.Ф.Сафонова

11-А

Научная статья

Введение

Существуют ли внеземные формы жизни? Вопрос жизни на других планетах является часто обсуждаемым вопросом в нашей современной культуре. В научно-фантастических фильмах и телевизионных передачах часто изображаются странные существа, прибывшие с далеких планет. Но эти идеи господствуют не только в мире научной фантастики. Многие светские ученые верят в то, что однажды мы в действительности обнаружим жизнь на других планетах. Существуют даже специальные научные проекты, как например проект поиска внеземных цивилизаций (SETI), которые внимательно исследуют небо с помощью мощных радиотелескопов в надежде уловить сигналы от разумных инопланетных существ.

Идея о внеземной форме жизни в основном уходит корнями в эволюционную теорию. Ведь согласно эволюционному мировоззрению, земля - это «обычная планета», где случайно создались такие условия, которые необходимы для зарождения и эволюции жизни. Если наша галактика заполнена бесчисленным множеством других планет, то, несомненно, что в некоторых из этих миров также существуют подходящие для жизни условия. Внеземная форма жизни – неизбежная составляющая научно обоснованного эволюционного мировоззрения.

Логично предположить, что рост человека ограничен некоторыми вполне объяснимыми с точки зрения физики факторами. К таковым относятся сила тяжести, ускорение свободного падения, плотность кости. Предположим, что сила гравитации Земли будет в два раза больше нынешней. Это, конечно, не означает, что все сложные живые организмы будут выглядеть как карликовые черепахоподобные существа, однако вероятность возникновения двуногих прямоходящих людей резко сократится.Даже если мы сможем сохранить механику нашего передвижения, мы станем гораздо ниже и при этом будем иметь более плотные и толстые кости скелета, которые позволят нам компенсировать возросшую силу гравитации.

В таком случае возникает логичная гипотеза: физические характеристики инопланетных форм жизни зависят от конкретных факторов, воздействующих на них

Естественно поставить проблемный вопрос: как влияет гравитация на размеры живых существ?

Данный вопрос рассматривается в статьях Д.Сигаловского «Почему человек не стал великаном»; Николая Хижняка «10 причин, почему разумная внеземная жизнь не будет похожа на нас» и Ю.В. Мизун; Ю.Г. Мизун «Разумная жизнь во Вселенной». Но ни водной из них не предложена определенная математическая зависимость между ускорением свободного падения; размером живого существа и плотностью костей, а также отсутствуют расчеты размеров инопланетных существ.

Целью данного исследования является определение некоторых физических характеристик инопланетных существ.

Объекты исследования: физические характеристики планеты Земля, человека и животных.

Предметы исследования: сила тяжести, ускорение свободного паденияg, рост h, плотность кости ρ.

В соответствии с целью и гипотезой были поставлены следующие задачи для исследования:

1. Рассмотреть зависимость между ускорением свободного падения g и ростом h

2. Рассмотреть зависимость между ускорением свободного падения g и плотностью кости ρ3. Рассмотреть зависимость между ростом h и плотностью кости ρ

4. На основе пунктов 1,2,3 вывести формулу

5. Проверить справедливость формулы

6.Определить размеры инопланетных существ по формуле.

7.Сделать выводы

Применены следующие методы исследования: аналитический и моделирование.

Практическая значимость исследования заключается в возможности прогнозирования форм жизни на небесных телах, с которыми человечество столкнется при неизбежном освоении космоса. Люди заранее смогут узнать, какие существа встретят их на той или иной планете, какими физическими характеристиками они будут обладать.

1.Действие силы тяготения на человека

Мы живем в мире, где действует тяготение. И размеры всего живого (и не только живого) на Земле, так или иначе, связанны тяготением.

В известной книге о приключениях Гулливера изменены размеры человека без учета этого важного фактора. В Лилипутии все предметы, звери, растения были как в нашем мире, но в двенадцать раз меньше. [1]

Зато в королевстве Бробдингнег все было в двенадцать раз больше, чем в привычном нам мире. Жизнь в обоих королевствах протекала так же, как и нашем мире в восемнадцатом веке, когда Джонатан Свифт написал свое путешествие «Путешествие Гулливера». Физическое строение у них совершенно такое же, как у Гулливера, т. е обычного человека, только все линейные размеры у первых уменьшены в 12 раз, а у вторых - во столько же раз увеличены.

На уроках физики мы определили, что вес тела пропорционален его объему.

Р=mg(1)

m=Vρ (2)

Подставим (2) в (1). Получим

P=vρg

Из формулы видно, что

P~v~l³

Если линейный размер великана из книги Свифта будет в 12 больше, то его вес окажется в 1700 раз больше веса Гулливера, а вес лилипута - во столько же раз меньше.

Значит, если обычный человек весит, скажем, 600 H, то великан будет весить около 1 000 000 H. Какой же скелет выдержит такой вес?[1]

Очевидно, что чем больше ускорение, придаваемое телу силой тяжести, тем сильнее его прижимает к планете, тем, соответственно, меньше рост

g ~ 1/h

И все зависит от прочности костей. Прочность пропорциональна площади поперечного сочетания, т. е квадрату линейных размеров. Так что при прочих равных условиях кости великана будут только в 144 раза прочнее костей человека, и поэтому на каждую кость приходиться нагрузка в 12 раз большая, чем у человека.[1]

Тяжело было бы современному человеку, если бы на плечах у него сидело 11 человек! Это, кстати, понимал еще Галилей. Вот что он написал:

«Если бы кто ни будь, пожелал сохранить в громадном великане те же пропорции конечностей, что и у обычного человека, то он должен был бы подыскать более твердый и более прочный материал для костей или согласиться на меньшую крепость великана по сравнению с человеком среднего роста; если бы великан был необыкновенно большой высоты, то он бы упал и был бы и был раздавлен собственной тяжестью».

Значит, чем больше ускорение, придаваемое телу силой тяжести, тем больше нагрузка на кости, тем, соответственно, больше плотность кости

g~ρ

Чем больше плотность кости, тем большую нагрузку она сможет выдержать, тем, соответственно, большего роста может быть существо

ρ ~ h

2. Теоретические расчеты

На основе полученных зависимостей в ходе долгих поисков подходящей формулы, мною получены следующие закономерности:

g/ρ = const

h/ρ = const

И, вдохновившись известным приемом в физике, составил формулу:

Проверим справедливость полученной формулы.

Все мы знаем, как выглядит слон. Его размеры много больше человеческих, ведь плотность слоновой кости – одна из самых высоких среди животных.

Его рост h в среднем от 2.4 до 3.5м, а плотность слоновой кости ρ = 1850 кг/м³.

Примем рост человека равным h=1.7м, средняя плотность человеческой кости ρ= 1200 кг/м³.

Применим формулу для планеты Земля, где g=9,8м/с²:

9,8*1,7/1200 = 9,8*h₂/1850

h₂ = 2,62 м

Результат удовлетворяет известным размерам слона.

3.Звездные гости

У всех планет различные характеристики. Значение ускорения свободного падения связано с размерами небесного тела и его массой.

И определенно во Вселенной есть планета, на которой g меньше, чем на Земле, и наоборот.

Определим размеры инопланетного существа.

К примеру, если на планете g = 3м/с², то существа с такой же плотностью кости, как у нас, будут, согласно формуле:

9.8*1.7/1200 = 3* h₂/1200

h ₂ = 5.6 м

В 5.6 метров ростом (!).

Следовательно, если ослабить гравитацию, то можем предположить, что у них есть еще 1 или 2 точки опоры с такими-то габаритами. И кости явно толще и массивнее.

Если на планете g = 12 м/с², то существа с такой же плотностью кости, как у нас, будут, согласно формуле:

9.8*1.7/1200 = 3* h₂/1200

h₂ = 1,4 м

Если усилить гравитацию, то живые существа вряд ли ходят на длинных ногах, а ходят на очень коротких ногах, имеют массивный скелет, а также возможно хвост, на который опираются при своем передвижении. При этом все другие формы жизни то же будут приземистыми, уменьшатся в размерах и будут жить меньше.

В океане живут более крупные животные. В среде, где тяготение хотя бы частично компенсируется действием других сил, животные достигают огромных размеров. Поэтому в океане и развились такие гигантские млекопитающие, как китообразные, масса которых во много раз превышает массу самых крупных животных, обитающих на суше. Так, масса слона достигает 6 тонн, а масса кита может достичь и 100 тонн.

Если планета полностью будет покрыта водой/жидким аммиаком/какой-нибудь жидкостью? Этот случай требует другого детального рассмотрения.

4.Почему мы не стали великанами?

Теперь понятно, почему на суше нет животных крупнее слона? Размер любых сооружений на Земле также ограничен прочностью применяемых материалов. Вес конструкции не должен превышать некоторой предельной величины, иначе она будет раздавлена собственным весом.

Итак, мы пришли к выводу, что существования великанов невозможно и причиной этого является тяготение. Но у лилипутов с точки зрения прочности скелета все обстоит благополучно; более того, у них даже иметься двенадцатикратный запас прочности.

Некоторые ученые связывают ключевые события эволюции с периодическими изменениями силы тяжести. Так, в эпоху снижения тяготения живые существа вышли из воды на сушу (конец девонского периода), поднялись в воздух (юрский период). Согласно одной из гипотез вымирание гигантских рептилий — ихтиозавров, динозавров, птеродактилей — совпадает с фазой возрастания гравитации.

А сейчас самые крупные животные могут обитать только в океане...

5.Выводы

Проведя исследование по данной теме и анализ результатов, были сделаны следующие выводы:

1. Физические характеристики инопланетных форм жизни зависят от конкретных факторов, воздействующих на них

2. Получена формула, позволяющая просчитать размеры жителей, населяющих другие планеты

3. Человек не может быть великаном, так как действует сила тяготения

Данную информацию можно использовать для прогнозирования форм жизни на небесных телах, с которыми человечество столкнется при освоении космоса в ближайшем будущем. Люди заранее смогут узнать, какие существа встретят их на той или иной планете, какими физическими характеристиками они будут обладать.

Заключение

Ранее ни одним автором, ни в одном источнике не была полностью освещена эта тема. Мы совершили попытку вывести определенные математические закономерности в ходе нашего исследования. Дан толчок для дальнейшего расширения области знаний, открывающих невероятные горизонты для перспектив.

Источники информации

1.Д.Сигаловский,«Почему человек не стал великаном», 1999 г.

2.Николай Хижняк «10 ПРИЧИН, ПОЧЕМУ РАЗУМНАЯ ВНЕЗЕМНАЯ ЖИЗНЬ НЕ БУДЕТ ПОХОЖА НА НАС»http://hi-news.ru/space/10-prichin-pochemu-razumnaya-vnezemnaya-zhizn-ne-budet-poxozha-na-nas.html,2015 3.Олег Николаевич Коротцев "Астрономия для всех", 2010 г

4.Ю.В. Мизун; Ю.Г. Мизун«Разумная жизнь во Вселенной», 2012 г.

5.В.А. Касьянов, Физика 10, профильный уровень. Дрофа, 2013 г.