XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Природа-кладовая идей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Колюшникова Д.А. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 6»

Крюкова Л.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 6»

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

«От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремеслах, ученики ласточки в построении жилищ ...» Демокрит

С незапамятных времён 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.

Говорили, что Природа - гениальный конструктор, инженер, великий строитель. Её творения отличаются красотой, прочностью и надёжностью при малых затратах строительного материала.

Оказывается, существует целая наука, которая строение объектов природы воплощает в жизнь. Называется она бионика. Ей занимаются люди самых разных профессий: биологи, врачи, физики, инженеры, математики.

Сначала мне было непонятно это слово «бионика», но когда я спросила у родителей, то мне сразу напомнили недавнюю прививку в медицинском кабинете, а мама напомнила про комариные укусы летом. И я вспомнила, что много раз наблюдала, как комар всасывает кровь у меня на руке, и точно также врач набирала лекарство в шприц, когда делала мне прививку.

Мне стало интересно, и я решила узнать о бионике побольше. Приведу несколько примеров того, как Природа помогает людям создавать много полезных вещей.

Цель: изучение мировых изобретений, идеи которых человек заимствовал у природы.

Задачи моего исследования:

1. Выяснить, как человек использует «естественные» изобретения животных и растений при создании искусственных устройств на благо человека.

2. Показать неразрывную связь человека и природы.

3. Создание наглядного пособия для 1-го класса в виде настольной игры- лото для проведения досуга во внеурочной деятельности.

Актуальность темы: тема актуальна, так как нас повсюду окружают вещи, электронная, авиационная техника, автомобили, выполняются сложнейшие медицинские операции, строятся новые необычные дома. Многие изобретения были сделаны, благодаря растениям и животным. Человек издревне наблюдал за ними в природе. А сколько ещё нам может подсказать природа?

1.Что такое бионика

Мастерская природы — нерукотворный источник всего живого на нашей планете. Природа — гениальный конструктор, инженер, художник и великий строитель. Любое творение природы представляет собой высокосовершенное произведение, отличающееся поразительной целесообразностью, надежностью, прочностью, экономичностью расхода строительного материала при разнообразии форм и конструкций.

С давних пор стремился человек заглянуть «внутрь живых моделей», разгадать «секреты» действия биологических систем, созданных в мастерской природы.

Вид человеческий на протяжении всего своего существования не только наблюдал и изучал природу, но и учился у неё. Звери, птицы, растения, рыбы «подсказывали» первобытному человеку, что нужно делать, чтобы решить насущные для него «инженерные» задачи.

А что же современный человек? Окружив себя множеством машин, живя в мире больших скоростей и эпоху рассвета нанотехнологий, он снова обращается за советом к природе.

Инженеры ищут технические решения, изучая строение и функции живых организмов. Конструкторы время от времени «консультируются» с живой природой, изобретательность которой не знает границ.

Человек учится у природы, наблюдая за ней. Именно с целеустремлённого подглядывания за природой берёт своё начало новая наука – бионика.

Что же такое бионика?

Бионика – самая популярная из молодых наук, возникшая в 60-х годах 20-го столетия. Название происходит от древнегреческого слова «бион» – элемент жизни, буквально живущий.

Понятие «бионика» состоит из частей слов «БИОлогия» и «техНИКА», что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня», которая принесет большую пользу человеку и природе, чем техника, существующая сегодня. Явления природы побуждают улучшить технические методы, а это может положительно повлиять на окружающую среду и принести пользу человеку.

Какова же основная цель бионики?

Основная цель бионики – помочь учёным перенять секреты у природы.

Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Бионика занимается изучением аналогий в живой и неживой природе, то есть изучением принципов построения и функционирования биологических систем и их элементов и применением полученных знаний для коренного усовершенствования существующих технических систем, созданием принципиально новых машин, аппаратов, строительных конструкций и т. д.

Сейчас на Земле насчитывается около 1,5 млн. видов животных и не менее 500 тыс. видов растений, что составляет ничтожную долю общего числа видов, населявших нашу планету со времени ее существования. Одной из причин быстрого исчезновения живых организмов на Земле явилась и деятельность человека. С 1600 года вымерло более 90 видов птиц и более 60 видов млекопитающих. Установлено, что только четверть из этого числа исчезла по естественным биологическим и эволюционным причинам.

Бионика — одна из тех наук, которая теснейшим образом связана с живой природой и которая остро ощущает необходимость в сохранении оставшихся видов на Земле. Не исключено, что среди исчезнувших с лица нашей планеты видов были и такие, которые могли бы помочь науке решить не одну техническую проблему. Оттого, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле.

2. Природа – изобретатель

Природа действительно является великим изобретателем. Достаточно часто в технике встречается парадокс: учёные-конструкторы находят удачное решение какой-либо технической задачи, а через некоторое время обнаруживается, что у живых организмов уже существуют аналогичные конструктивные решения, и как правило, более оптимальные.

Давайте познакомимся с некоторыми техническими изобретениями человека и попробуем на основе своих личных знаний и жизненного опыта, путём логического размышления найти им аналог среди живой природы.

Бионика переносит принципы открытий природы на технические разработки в различных областях:

2.1. Бионика в медицине

• Изобретение анестезии в медицине способствовало наблюдение за осами. Осы впрыскивали нервнопаралитическое вещество в область нервных стволов пауку, полностью его парализуя, но не убивая его, который неподвижно лежал в осином гнезде до появления личинок и служил им кормом.

• Игла-скарификатор, служит для забора крови, сконструирована по принципу, полностью повторяет строение зуба-резца летучей мыши, укус которой безболезнен и сопровождается сильным кровотечением.

• Применяемый во время хирургической операции скальпель за несколько веков не изменил своей первоначальной формы, до сих пор повторяет форму тростникового листа с его природной режущей кромкой.

• Длина жала пчелы или осы не превышает 3 мм, а толщина 0,001 мм. Если осе угрожает опасность, то она применяет его для защиты. Жало с легкостью впивается в кожу человека, превращаясь в крошечный кинжал. Одновременно оно является инъекционным шприцем. Пострадавшему причиняет боль не сам укол, ведь он практически незаметен. Жгучую боль вызывает яд, введенный этим маленьким шприцем. Если, применяя сильную систему увеличения, сравнить самые тончайшие медицинские иглы для инъекций с жалом осы или пчелы, то мы будем сильно удивлены несовершенством технического инструмента. К сожалению, техника не создала еще игл, подобных жалу, которые не гнуться и не ломаются.

2.2. Математическое и техническое моделирование

• Пушистые «парашютики» замедляют падение семян одуванчика на землю, точно также, как парашют замедляет падение человека.

• Перо состоит из тысяч тончайших ворсинок, укреплённых вдоль его стержня.

Каждая ворсинка снабжена микроскопическими крючочками. Они сцепляются таким образом, что создают, ровную плотную поверхность пера

Внутри скользящего замка застёжки-молнии находятся клинья, которые либо соединяют, либо разъединяют зубчики. Эти зубчики плотно и надёжно цепляются крючками друг за друга.

• Вертолеты могут служить для перевозки грузов и пассажиров. Как известно, они могут стоять в воздухе и при этом сбрасывать и принимать грузы. При помощи вращающихся крыльев они создают подъемную силу. То же самое удается колибри, мухам-журчалкам и стрекозам с их ударными крыльями. Многие виды журчалок могут создавать очень большое ускорение с помощью двух крыльев, замирать в воздухе или лететь назад. Стрекозы - тоже умелые летчики: они могут двигать каждым своим крылом отдельно.

2.3 Живые землеройные снаряды

Богат и разнообразен мир животных, обитающих под землей. С помощью недавно изобретенного прибора эклектора удалось подсчитать, что общий вес всех почвенных животных на одном гектаре лесной земли составляет почти тонну. Это гораздо больше, чем весят все живущие на этой площади наземные животные, включая крупных зверей и птиц. В условиях подземной жизни у некоторых почвенных животных выработались удивительные приспособления, с помощью которых они прокладывают подземные ходы и норы.

• Настоящей землеройной машиной является дождевой червь. При помощи мышц он сначала суживает передний конец тела и втыкает его в грунт, закрепляясь там специальными зацепками. А затем, сокращаясь в длину, становится более толстым и своим мускулистым телом раздвигает и уплотняет землю. Большую роль при этом играют щетинки, расположенные по сегментам. Они цепляются за стенки хода и не дают возможность телу червя при сокращении соскользнуть назад. Как миниатюрные земснаряды, работают на морском грунте черви приапулиды, используя при рытье гидравлический способ. Вокруг глотки у этих червей имеется сильный, вооруженный крючьями и шипами вывертывающийся хобот. Укрепившись в грунте, приапулида с силой выбрасывает вперед хобот с шипами и пробивает сначала тонкий ход, затем раздув хобот поступающей из тела жидкостью, расширяет проход и обжимает землю. Заклинив в грунте хобот, червь подтягивает тело, затем хобот сжимается, чтобы в следующий момент снова начать «бурение».

• Идеальным роющим устройством обладает червеобразная ящерица амфисбена. Она роет ходы головой, которой действует, как лопатой. Уплощенная голова ящерицы протискивается вперед, расталкивает частицы земли, а затем «затылком» с силой прижимает их к «потолку» хода. Обитают амфисбены в почвах различной плотности, поэтому встречаются ящерицы с разными «конструкциями» головы.

• 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. Изучение механизма работы передних конечностей крота помогло создать землеройные машины.

• Лапы ловчих птиц подсказали идею изобретения экскаватора.

Природа может помочь нам найти правильное техническое решение довольно сложных вопросов. Природа подобна огромному инженерному бюро, у которого всегда готов правильный выход из любой ситуации.

3. Практическая работа

Я решила рассмотреть некоторые объекты природы и попытаться увидеть их сходство с некоторыми изобретениями человека.

Наблюдение №1

Для первого наблюдения я взяла крылатки клена.

Я рассмотрела и сравнила форму крылатки и форму крыла вертолета: форма оказалась очень похожей.

Затем я подбросила крылатки клена и наблюдала за их падением.

Когда крылатки подкинешь вверх, они опускаются, совершая вращательные движения. Такие же похожие движения совершали лопасти вертолета, когда я запустила вертолет – игрушку.

Наблюдение №2

На уроках окружающего мира нам рассказывали как «путешествуют» растения. Когда нам рассказали о том, как обыкновенный репей с помощью человека и животных меняет места произрастания, я вспомнила, что не раз летом приносила домой на одежде это надоедливое растение. Мне стало интересно, почему это растение так крепко цепляется за одежду и за шерсть животных.

Я рассмотрела одну шишечку репейника.

Мне стало все понятно: на конце каждой колючки на шишечке есть маленький незаметный крючок. Вот с его-то помощью и «путешествует» репейник. Множество маленьких крючков крепко держат шишечку репейника на одежде или на шерсти животного. А где ее сбросят – там репейник расти начинает.

После своих выводов с репейником я задумалась, а как «работает» липучка на моих кроссовках? И решила тоже с помощью лупы рассмотреть принцип работы обыкновенной липучки, которую можно встретить на одежде или на обуви.

Рассмотрела ее через лупу.

На кончиках одной половинки я рассмотрела маленькие крючки, которые крепко цепляются за вторую половинку. Ну чем не репейник?

Наблюдение № 3

Осенью я с родителями ходила в лес за грибами. После дождя там все было сыро и влажно. Грибов я не видела, но шишек на моем пути лежало очень много. Дома я заметила, что не смотря на сырую погоду, внутри шишки были сухие. Это было не понятно.

Папа мне объяснил, что шишка внутри сухая, потому что ее чешуйки так расположены, что защищают шишку от проникновения воды. А позже показал мне крышу дома, которая была покрыта черепицей. Черепица лежала на крыше слоями, похожими на чешуйки шишки.

Как чешуйки защищают шишку от влаги, так и черепица защищает дом от протекания влаги.

Я попробовала из чешуек сложить такой рисунок.

На шишке такой рисунок более аккуратен.

Наблюдение № 4.

Много раз летом меня кусали комары. Интересно было наблюдать как их брюшко наполняется кровью, вызывая после этого зуд. И только недавно, в кабинете школьного врача, мне ставили прививку медицинским шприцом. Как комар всасывает кровь можно понять, если понаблюдать за тем как набирается лекарство в шприц. Лекарство набирают в шприц с помощью поршня и иглы, которая очень похожа на комариный хоботок. И игла, и хоботок легко прокалывают кожу.

Результаты проекта:

За время работы над проектом я поняла, что изучение строения животных и растений, их поведением в природе - увлекательное занятие. Природа мудра и совершенна. Даже самые талантливые люди создают пока ещё лишь слабые подражания её творениям. Природа так позаботилась обо всём, что повсюду мы находим, чему учиться. В результате исследования я собрала и изучила теоретический материал по данной проблеме; осветила рассматриваемый вопрос, создав настольную игру – лото «Кладовая идей», составила игру – викторину по теме: «Кладовая природы».

4. Заключение

Природа хранит ещё множество загадок, гармония её творений всегда удивляла и будет удивлять мир человека. Человек – творец, искатель будет стремиться постигнуть эти тайны, а поняв, воспроизводить в технике, строительстве на благо живущего и будущего человечества.

Любите свою планету, берегите животных и растения, которые окружают нас. Они откроют свои тайны!

Список литературы

1. Доктор Карлукер. Удивительные способности животных. О. В.. Иванова, И. Г. Лебедев, перевод на русский язык, 2000. ООО “ТД Изд-во Мир книги”, 2006.

2. Ц.Н.Феодосиевич, Г.И. Иванович. Бионика в школе. Киев: 1990.

3. Ю.Г.Симвков. Живие приборы. М.: 1986.

4. И.И.Гармаш. Тайны бионики. Киев: 1985.

5. Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2 изд., М.: 1968.

6. Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967.

Источники информации в сети: