IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Бионика. Учимся мудрости у природы.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
В процессе изучения окружающего мира и наблюдения за поведением, внешним строением живых организмов, мы даже не догадываемся, как многим обязаны, именно животным и растениям.
Мы не задумываясь, застёгиваем «молнии» и «липучки» на куртках и обуви. А ведь, именно эти простые, но очень удобные изобретения человек позаимствовал у природы. Изобретение застёжки «молния» было сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление. В основе застёжки « липучка» - свойства колючек репейника, которые легко прилипают к различным материалам, образуя прочное соединение.
Именно, благодаря изучению живых существ, были сделаны очень важные и значительные открытия в технике, медицине, электронике и других науках. Нам захотелось узнать какие знания о тайнах природы, человек научился использовать в практической деятельности.
Цель: формирование представления о науке «Бионика» и её взаимосвязи с техникой.
Задачи:
1. Познакомиться с историей создания науки «Бионика».
2. Узнать основные направления бионики.
3. Показать взаимосвязь бионики с техникой.
4. Обозначить важное практическое значение бионики.
Методы исследования: изучение литературы, наблюдение, обобщение.
Основная часть
2.1 История возникновения бионики.
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 надежностью и прочностью. С давних пор человек стремился заглянуть «внутрь живых моделей», разгадать «секреты» их действия и направлял свой творческий ум на изучение, «подглядывание» за природой и подражание.Многие животные наделены удивительными способностями. Изучение их уникальных свойств позволило науке в ХХ веке сделать резкий рывок вперед. Организмы этих животных послужили образцами для высокоточных приборов, аппаратов и технологий. Заимствование и использование человеком в своих целях оригинальных и необычных изобретений природы, позволило создать новое направление в науке - бионики. Своё название бионика получила от древнегреческого слова "bion» - элемент жизни, ячейка, или элемент биологической системы. Бионика изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов, с целью создания более совершенных технологий и устройств. Ученые-бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике». Основоположником бионики принято считать Леонардо да Винчи.Его чертежи и схемы летательных аппаратов основаны на строении крыла птицы.
Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 года - день открытия первого американского национального симпозиума на тему: «Живые прототипы искусственных систем - ключ к новой технике» и обозначил новое научное направление, возникшее на стыке биологии и инженерного искусства.
2.2 Направления бионики.
Достижения бионики используются в различных сферах для усовершенствования уже существующих приборов, строительных конструкций, а также создания принципиально новых технологий и устройств. В настоящее время различают три направления в бионике: биологическое; математическое; техническое.
В данной работе мы хотели подробнее остановиться на достижениях в одном из направлений бионике - техническом.
2.3 Техническое направление бионики
2.3.1 Открытия, связанные с полетом птиц.
а) По принципу работы крыльев насекомых созданы ветряные мельницы.
б) Основоположник современной аэродинамики Н.Е. Жуковский тщательно изучил механизм полёта птиц и условия, позволяющие им парить. Он рассчитал подъёмную силу крыла, которая смогла удерживать самолёт в воздухе. Конструкция крыла самолета максимально приближена к форме крыльев крупных птиц. На основании проведённых исследований появилась современная авиация. Долгое время проблемой при строительстве скоростной авиации было внезапно возникающие вибрации крыла. Из-за этого самолет мог развалиться в воздухе за несколько секунд. После тщательного изучения аварийных ситуаций конструкторы нашли необходимое решение — крылья стали делать с утолщением на конце. Похожие утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекоз.
2.3.2 Открытия, связанные с поведением морских обитателей.
а) Изучая особенности строения и поведения морских обитателей, их гидродинамические особенности - учёные стали использовать эти знания при строительстве подводных лодок и морских судов.
Часто говорят: «плавает, как рыба». В действительности, все рыбы плавают по-разному. Лосось плывет со скоростью 18 км/час, скорость акул равна 36–42 км/час. Морское млекопитающее кит свободно плывет со скоростью 40 км/час. Дельфины развивают очень высокую скорость движения, около 56 км/час. В чем же секрет высокой скорости движения дельфина? Исследователи выяснили, вся тайна этого животного заключена в структуре его кожи. В 1960 г. изучая природный кожный покров дельфина в США немецкий инженер Макс Крамер создал опытные образцы покрытий твердых тел в целях снижения силы трения. Мягкая оболочка — «дельфинья кожа» получила название «ламинфло» (от слов «laminar flow» — ламинарное течение, т.е. без завихрения). Сначала она была изготовлена из двух, а затем из трех слоев резины толщиной около 2,5 мм. Она имитировала строение кожи дельфина. Первые же опыты с торпедой и катером, обшитыми такой мягкой оболочкой «ламинфло», были успешны. Торможение снизилось почти наполовину, а скорость увеличилась в двое. Обшивка подводной части судов, выполненная из этого материала, увеличивает их быстроходность на 20%.
б) Изучая тело медузы, похожее на холодец, ученые нашли у неё много интересного. Для передвижения медуза, с силой выталкивает из своих щупалец воду и таким образом продвигается вперед. Именно этот принцип был использован для движения ракет. Из ее сопла с огромной скоростью вырываются раскаленные газы, толкая ракету в противоположную сторону. Идея использования ракет с реактивным двигателем для космических полётов была предложена в начале ХХ века русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее, находящееся на самом аппарате, и приобретающий скорость в обратном направлении. Идея К.Э. Циолковского была успешно воплощена советскими учёными под руководством академика С.П. Королёва. 4 октября 1957 г. с помощью ракеты был запущен первый в истории искусственный спутник Земли. 12 апреля 1961 г. Юрий Гагарин облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток». Он был первым человеком, который совершил полёт в космическое пространство.
в) Французский исследователь морских глубин Жак-Ив Кусто долго наблюдал за жучком, который тянул за собой в воду пузырек с воздухом. Это был жук – плавунец. Плавунцы живут в воде, жабры у них отсутствуют, а дышат они атмосферным воздухом. Всплывая на поверхность водоема, жук выставляет из воды задний конец брюшка, набирая, воздух в полость. Дыхальца, куда поступает кислород, находятся по краям брюшка. Пока пузырь находится в воде, он насыщается растворенным в ней кислородом.
Благодаря возможности регулировать количество кислорода под надкрыльями, насекомые могут плавать как у поверхности воды, так и опускаться на большую глубину. Это и послужило ученому идеей для создания акваланга. В акваланге дыхательная система автоматически, сама дает человеку воздух с давлением окружающей среды. То есть человек на любой глубине получает воздух с нужным ему давлением. Это дает возможность не только полной автономности под водой, но и возможности длительности плавания. Само название «Акваланг» образовалось в результате сложения слов из двух языков — латинского «аqua» (вода) и английского «lung» (лёгкое).
Заключение.
Работая над этой темой, мы узнали много интересных фактов о воплощение природных "идей" в технические открытия. Бионика — одна из тех наук, которая тесныим образом связана с живой природой. Она помогает человеку, через сознательное изучение и наблюдение за животными и растениями, имитировать их строение, движение, полеты и создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы.
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.
Потенциал бионики практически безграничен. Её достижения очень важны для человека. Появляется всё больше областей ее исследования, постоянно расширяются перспективы в создании новых уникальных материалов и приборов.
Литература:
1. Г.И. Иванович, Бионика в школе. Ц.Н.Феодосиевич, Киев, 1990.
2. И. И. Гармаш. Тайны бионики. К.: Рад. шк., 1985 г.
3. В. Д. Ильичёв. Бионика. Синтез биологии и техники.
4. Википедия.
5. интернет ресурсы.