XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вот бы полететь, как птица!
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
На планете они живут повсюду: в Арктике и Антарктиде, в горах и на равнинах, в пустынях и больших городах. Они получили во владение землю, небо и даже морские волны… Кто же это? Человек? Нет. В данном случае речь пойдет о птицах! Когда мы видим, как они парят в вышине, мы иногда думаем: «Вот бы полететь, как птица!»
Актуальность проекта. Важной составной частью всех экосистем планеты являются птицы. По данным Международного союза орнитологов известно 10923 вида ныне живущих птиц.
Роль птиц в природе Земли огромна. Птицы регулируют численность насекомых, распространяют семена растений, опыляют некоторые виды растений, птицы являются санитарами леса, сами служат пищей животным и человеку. Важное место занимают птицы в научных исследованиях и технических изобретениях, основанных на наблюдениях за поведением пернатых.
Некоторые люди так увлекаются наблюдением за птицами, что это даже стало их любимым хобби, которое называется бёрдвотчинг. Бёрдвотчеры, вооружившись биноклем, совершают вылазки в леса, поля и крупные парки, где наблюдают за птицами, фотографируют или зарисовывают их. Одни готовы ехать на край света, чтобы увидеть своими глазами новую птичку.
Наблюдая за полетом птиц, нам захотелось узнать, с чем связана такая уникальная способность этих удивительных жителей нашей планеты, и может ли человек летать также, как птица.
Новизна исследования. Экспериментальная часть исследования основана на полном погружении в проблему посредством личного участия в каждом этапе использованных методик. Представленная доказательная база и выводы сделаны в процессе собственного восприятия, физических ощущений и закономерностей.
Цель проекта: изучение особенностей птиц, позволяющих им совершать дальние полеты.
Гипотеза:
-
предположение о способности любых живых организмов (на примере птиц) совершать полеты при наличии крыльев
-
если человеку приделать крылья, то он тоже полетит
Объект исследования: птицы.
Предмет исследования: возможности птиц и человека летать.
Задачи:
-
изучить литературные источники по теме исследования;
-
выявить природные возможности птиц приспосабливаться к полету;
-
определить различие между строением скелета птицы и человека;
-
проанализировать условия, при которых человек может летать
Методы исследования: анализ, наблюдение, сбор информации из книг, журналов и интернета, практический эксперимент.
Теоретическая и практическая значимость исследования
В процессе исследований выявлены особенности некоторых птиц совершать дальние полеты, проведен анализ физиологических возможностей птиц подниматься в воздух, проведен сравнительный анализ между строением скелета человека и птиц, проанализированы условия, при которых человек способен отрываться от земли и удерживаться в воздухе.
Этапы исследования.
-
Подготовительный этап.
На подготовительном этапе была изучена информация о птицах и других летающих живых существах. Нами были определены методы исследования и составлен план для проведения экспериментальной части исследования, подготовлено необходимое оборудование.
-
Экспериментальный этап.
В экспериментальной части данного исследования были проведены опыты и наблюдения для изучения гипотезы: если у птиц есть крылья, значит, они могут летать; если человеку приделать крылья или их аналоги, то он тоже полетит.
Информация и результаты наблюдений, полученные опытным путем, были проанализированы и обработаны.
-
Рефлексивный этап.
На данном этапе была подготовлена презентация и иллюстративный материал для публичного выступления.
-
Информационно - просветительский.
На данном этапе предполагаются публичные выступления на классных часах, школьных мероприятиях, а также на научно-практической конференции.
Оборудование и материалы для опытов: птичьи перья, бумага, лупа, ножницы, зонтик, фен, бинокль
Предполагаемый результат:
- пополнение представлений о разновидностях птиц;
- умение анализировать, устанавливать причинно- следственные связи;
- формирование гуманного отношения к природе
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. 1. Приспособления птиц для полета
С древних времен люди мечтали летать, как птицы. Согласно греческому мифу юноша по имени Икар попытался долететь до Солнца на крыльях из перьев и воска, но упал и разбился. Многие века люди пытались построить такие-же крылья, как у птиц. Они делали крылья из перьев, из легкого дерева и привязывали их к рукам, проверяя, как они могут летать. Все попытки обычно заканчивались очень трагично.Так почему же человек не может летать как птица?
В процессе исследования нами были прочитаны и проанализированы книги о птицах.
Дело в том, что в строении тела птицы каждая деталь приспособлена для полета.
Прежде всего – это конечно крылья. Крылья птицы идеально приспособлены к полету. Если присмотреться к крылу птицы более пристально, то видно, что оно имеет изогнутую форму и способно создавать силу, которая противодействует силе тяжести. При полете птица совершает крыльями синхронные ритмичные движения.
Перья птицы пушистые и воздушные, именно благодаря им создается необходимая обтекаемость тела, позволяющая исключить сопротивление воздушного потока.
Хвост птицы можно сравнить с рулем, он помогает поворачивать в нужную сторону.
Скелет у пернатых очень легкий в то же время очень прочный. Легкость обеспечивается уменьшенным количеством костей, особенно в крыльях и ногах. Тонкостью их стенок, а также тем, что некоторые крупные кости внутри полые и содержат воздухоносные полости. Прочность обеспечивается срастанием ряда костей. Отсутствие зубов также сокращает вес птицы.
На грудине есть широкий киль, к которому прикреплены мощные мышцы, обеспечивающие работу крыльев птиц.
25% от массы птицы составляют грудные мышцы, которые поднимают крылья. Эти мышцы крепятся к килю, к конечностям которого идут не тяжелые мышцы, а легкие сухожилия.
Таким образом, у птиц есть много приспособлений для полета.
1.2. Внешнее строение человека
Если сравнивать строение человека с птицей, то у людей вместо крыльев - руки. Если бы у нас были крылья, то по соотношению с размером тела, они должны были достигнуть в размахе девять метров. Тело у человека тяжелое, а руки слабые и маленькие по сравнению с крыльями птицы.
Перьев у человека тоже нет. У человека все тело покрыто кожей, которая обладает большим сопротивлением воздуху, нежели перья птицы. Также у человека отсутствует хвост, который выполняет роль руля при полете.
Скелет человека слишком тяжелый и не приспособлен для полета. В скелет взрослого человека входит 207 костей. Вес скелета взрослого человека составляет 20% от веса тела. Череп человека состоит из 23 костей. У взрослого человека 32 зуба. Внутренние полости кости наполнены особо мягкой тканью, называемой костным мозгом.
На основе проведенного исследования, были сделаны выводы, что человек не может летать как птица. Для совершения свободного полета ему необходимо полностью изменить строение своего организма.
1.3. Все ли птицы могут летать
Однако, чтение энциклопедий и книг про птиц, а также личные наблюдения в зоопарках за поведением пернатых, показывает, что не все разновидности птиц могут летать. Например, пингвины и страусы совершенно не летают, хотя у них есть крылья. Куры могут подняться от земли лишь на пару метров. Домашние гуси могут сделать несколько взмахов крылом, и не более того.
На основе изучения особенностей и возможностей птиц к совершению полетов, современное развитие науки и техники демонстрирует, что человек может подниматься в небо и ощутить чувство полета и невесомости, но не может летать также, как птица, размахивая крыльями. Стоит отметить, что определенных успехов людям удалось добиться, чтобы приблизиться к ощущениям птичьего полета. В данном случае речь идет о летательных аппаратах с неподвижными крыльями.
Так что вряд ли человек можем летать как птица, размахивая крыльями!
-
ОПЫТНО-ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В процессе реализации практической части нашего исследования были проведены наблюдения и опыты, позволяющие определить способности птиц взлетать, а человеку лишь отрываться от земли при создании определённых условий.
-
-
Исследование пера птицы.
-
Я рассмотрела птичьи перья под лупой и выяснила, что перо состоит из стержня, а от стержня отходят тонкие, воздушные волоски с крючочками. Попробовала сломать перо, оно только согнулось, но не сломалось. Отрезала кончик пера ножницами - внутри пустота. Я опустила перо и клочок шерсти в воду: шерсть намокла, а перо нет. Значит, птицы их чем-то смазывают (предположим, жир), масса шерсти и масса пера были по 10 г.
Вывод: перья легкие, пушистые, основание пера очень крепкое и эластичное. Большое количество пера и пуха делает тело птицы гладким и воздушным.
2.2. Наблюдение за полетом птицы.
С помощью бинокля я наблюдала за поведением и техникой полета разных птиц: коршуном, воробьями, голубем. Все птицы по земле прыгают на двух ногах, а за ветки деревьев цепляются пальцами. Во время совершения полета, летающие птицы широко расправляют крылья. Маленькие птички, такие как воробьи, чтобы набрать высоту, часто-часто машут крыльями, а коршуну достаточно сделать несколько взмахов.
Рисунок 1. Количественные показатели взмахов крыла птиц в полете
Данный рисунок показывает, что птицы по-разному машут крыльями в количественном измерении.
Вывод: Крылья птиц создают подъемную силу, и позволяют им высоко летать. Маленькие птички делают большее количество взмахов, чем крупные.
2. 3. Полет с «парашютом».
Человек обладает значительно большей массой, чем птица, поэтому силы природных воздушных потоков обычно недостаточно, чтобы преодолеть силу тяжести и оторваться от земли. Однако такие условия можно создать искусственно. Например, использовать для прыжков с высоты парашют.
Я попробовала использовать естественное сопротивление воздуха для совершения свободного полета. Вместо парашюта взяла обычный зонтик, раскрыв его во время сильного ветра. Поток ветра подхватил мой зонтик, и чуть не вырвал его из рук, но оторваться от земли и, полететь я все же не смогла.
Тогда я попробовала прыгнуть с зонтиком с небольшой высоты. Сопротивление воздушного потока я ощутила, но полететь не смогла.
Вывод: имитация крыльев на примере зонтика не позволяет человеку летать, а прыжки с высоты могут быть опасными для здоровья.
2.4. Сила действия и противодействия
Наблюдая летом за тем, как от порыва ветра отрываются от земли легкие предметы, мне захотелось опытном путем определить какая должна быть сила воздушного потока.
Я взяла обычный фен, и стала направлять поток воздуха на перо, оно легкое, поэтому полетело высоко. То же самое я сделала с обычной салфеткой, она смогла удержаться в воздухе какое-то время. Более тяжелые предметы обычным феном я не смогла сдвинуть с места.
Вывод: легкие предметы могут отрываться от поверхности под воздействием силы даже небольшого воздушного потока. Для того, чтобы поднять в воздух тяжелые предметы, вероятно нужен более сильный поток воздуха.
2.5. Полет в аэродинамической трубе.
Полет в аэродинамической трубе позволил мне оторваться от земли и приблизиться к ощущениям птичьего полета. Принцип ее действия очень простой. В замкнутом помещении с решеткой вместо пола помещается мощный вентилятор, способный обеспечить поток воздуха, движущийся со скоростью около 200 км/ч и поднимающийся на высоту до 6 м.
Вывод: человек может летать только при наличии специальных технических устройств в искусственно созданных условиях
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучив литературные источники, я узнала почему птицы летают и не падают, почему сила земного притяжения не мешает им подниматься в воздух.
Оказывается, у птиц есть много приспособлений для полета: крылья, перья, особое строение скелета, мускулатура.
Крыло птицы устроено так, что создает силу, противодействующую силе тяжести. Птичье крыло не плоское, как доска, а выгнутое. Скорость течения воздуха над крылом увеличивается, а давление уменьшается. Разница давления под крылом и над ним создает подъемную силу, направленную вверх и противодействующую силе тяжести.
Перья делают поверхность тела птицы гладкой, и, когда она находится в полете, воздух без большого сопротивления обтекает ее туловище
Только у птиц на внешней поверхности грудины есть большой вырост - киль. К нему прикрепляются грудные мышцы, двигающие крылья. Скелет птиц очень жесткий и легкий, так как ряд костей содержит воздухоносные полости. В костях птиц нет костного мозга, как у человека.
Гипотеза о том, что наличие у птиц крыльев позволяет им летать подтвердилась, но не полностью, так как существуют птицы, которые, имея крылья не летают, например, пингвины, страусы. Вопрос «Почему некоторые птицы не летают?» возможно станет темой моего следующего исследования.
К моему огромному удивлению, человек тоже может отрываться от земли и, по ощущениям, приблизиться к полету птицы, но при наличии специальных условий и оборудования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
-
Боянович Ю.В. Анатомия человека: компактный атлас-раскраска / Ю.В. Боянович. — М.: Эксмо, 2018. — 184 c.
-
Сладков, Н. И. Лесные тайнички: Рассказы / Н. Сладков; ил. Н. Доронина. — М.: Астрель: ACT, 2005. — 219 с: ил. — (Любимое чтение).
-
Птицы России / Авт.-сост. Т.Н. Ситникова. - М.: ВАКО, 2009. - 96 с. - (Школьный словарик).
-
Птицы Сибири. Справочник-определитель. в 2-х томах. Рябинцев, изд. Кабинетный ученый, 2018
ПРИЛОЖЕНИЯ
Полет в аэротрубе