Презентация на тему "Бионика" 10 класс

Содержание

• 
  Слайд 1

  Бионика

• 
  Слайд 2

  Природные термолокаторы

  • Термолокаторы – это органы, имеющиеся у немногих животных, которые могут воспринимать на расстояние тепловые (инфракрасные) лучи.
  • Сорная курица определяет температуру в гнезде с точностью до десятой доли градуса с помощью терморецепторов своего клюва.
  • За долго до того, как биологи обнаружили у ямкоголовых змей их термолокаторы, ученые и инженеры уже создали ряд устройств, весьма чувствительных к тепловому излучению: снайперские винтовки, инфракрасные прицелы, термистеры – термочувствительные сопротивления. В современной технике существуют инфракрасные детекторы, которые в сотни раз чувствительнее природных . С их помощью обнаруживают нагретые предметы на очень больших расстояниях.
• 
  Слайд 3

  Живые землеройные снаряды

  • С помощью недавно изобретенного прибора эклектора удалось подсчитать, что общий вес всех почвенных животных на одном гектаре лесной земли составляет почти тонну. В условиях подземной жизни у некоторых почвенных животных выработались удивительные приспособления, с их помощью они прокладывают ходы и норы.
  • Живые землеройные машины представляют огромный интерес для биоников при создании подземных роющих агрегатов. Разработана, например, оригинальная модель, которая подобно кроту двигается под землей и пробивает туннель с гладкими плотными стенками.
• 
  Слайд 4

  Спираль

  • Спираль одна из форм проявления движения, роста и развития жизни. Первым, кто открыл, что растущее растение описывает спираль, был Чарльз Дарвин.
  • Спираль в то же время является в природе и сдерживающим началом, направленным на экономию энергии и материала.
  • Благодаря завитой форме тонкостенные конструкции выдерживают большое гидродавление при погружении на глубину. Закрученная форма природных конструкции, как способ достижения большой устойчивости в пространстве при экономном расходовании «строительного материала», подсказала архитекторам новую форму спиралевидной основы здания – турбосомы. Турбосома аэродинамична, любые ветры лишь обтекают его тело, не раскачивая и не принося ей никакого вреда. Она может быть использована при строительстве высотных домов.
• 
  Слайд 5

  Электричество в живых организмах

  • В конце 18 века знаменитые ученые Гальвани и Вольта обнаружили электричество у животных. Его генерируют нервные, мышечные и железистые клетки у всех животных. Около 300 видов рыб способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов их делят на сильноэлектрических и слабоэлектрических. Угри генерируют сильные разряды напряжением до 600 вольт, сомы - 350.
  • Приемы, используемые электрическими рыбами при ловле добычи и обороне от врагов, подсказывают человеку технические решения при разработке установок для электролова и отпугивания рыб. В современной подводной локационной технике пока не существует систем поиска и обнаружения, которые работали бы по образцу и подобию электролокаторов, созданных в мастерской природы. Учеными многих стран ведется упорная работа по созданию подобной аппаратуры.
• 
  Слайд 6

  Гидролокация в природе

  • Почти все рыбы, миноги и водные амфибии ( шпорцевые лягушки, прибрежные саламандры и тритоны в период икрометания) имеют особый орган чувства- боковую линию.
  • Еще более чувствительна система ориентации в воде у таких морских млекопитающих, как зубатые китообразные, калифорнийские львы и особенно дельфины. Принцип работы локатора у дельфина основан на излучении животным звуковых сигналов и улавливания их отражении, эха.
• 
  Слайд 7

  Вантовые конструкции

  • Паутинные нити – изумительное творение природы привлекли внимание инженеров.
  • В частности, паутина явилась прообразом конструкции моста на длинных гибких троса, положив тем самым начало строительству прочных красивых подвесных мостов.
  • Принципы построения природных конструкции из тонких натянутых нитей, а так же конструкции из нитей с натянутыми между ними мембранами легли в основу вантовых конструкции.
  • Прототипами для них послужили также такие природные модели, как перепончатые лапы водоплавающих птиц, плавники рыб, крылья летучих мышей и др.
• 
  Слайд 8

  Искусные навигаторы

  • В природе существует много поразительных примеров способности к навигации у некоторых обитателей водной стихии.
  • Морские черепахи много раз в течение жизни приплывают именно в то место, где родились сами.
  • Каждый год совершают полные опасностей и трудностей путешествия из океана в родные реки лососевые рыбы.
  • Остается не раскрытым и секрет действия «механизма навигации» угрей.
  • Далекие миграции совершают сельдь, тюлька, треска, некоторые тюлени, морские котики и киты.
• 
  Слайд 9

  Живые радары

  У некоторых животных слух «заменяет» зрение. Издавая звуки и прислушиваясь к их отражению, они обнаруживают таким образом на расстоянии или в темноте добычу, врага, препятствие и прочее. Например: дятел и лемур ай-ай выискивают личинок жуков-короедов; стрижи саланганы ориентируются в полной ночи пещер; ночная сова сипуха добывает себе пищу с помощью одного лишь слуха. Радары (радиолокационные установки) были созданы несколько десятков лет назад. С их помощью по эху сигналу, отраженному от удаленного объекта устанавливают местонахождение, направление и скорость его движения.

• 
  Слайд 10

  Оболочки

  • В мастерской природы часто встречаются конструкции в виде сводов различных пространственных форм (скорлупа ореха и яйца, панцири и раковины животных, гладкие листья, лепестки растении и др.) Пространственно изогнутые и тонкостенные, они, благодаря непрерывности и плавности формы, обладают свойством равномерного распределения сил по всему сечению.
• 
  Слайд 11

  Тургор

  Принцип тургора живых моделей привел к появлению в архитектуре совершенно новой области строительной техники – созданию пневматически напряженных конструкции. Пневматическое напряжение , создаваемое избыточным давлением газа или жидкости, обеспечивает гибкой герметичной оболочке несущую способность и устойчивость при любых видах нагрузок. Важнейшими преимуществами надувных систем являются экономичность, малый вес, транспортабельность, компактность, быстрота монтажа, поэтому принцип тургора широко применяется при сооружении временных построек: выставочных залов, ярмарочных павильонов, спортивных залов, туристических лагерей, овощехранилищ и пр.

• 
  Слайд 12

  Мозаичные видения

  Глаза насекомых и других членистоногих – сложные органы. При сильном увеличении можно увидеть, что такой глаз состоит из многих крошечных «окошечек» - фасеток Каждая фасетка является концом структурной единицы глаза – омматидия. Например глаз речного рака состоит из 3 тысяч омматидиев, комнатной мухи – 4 тыс., стрекозы – 28 тыс. Сложный глаз дает не единое изображение предмета, а разлагает его на тысячи отдельных кусков, т.е. создает мозаику. Малейшее смещение предмета смешает и изображение с одного омматидия на другой. Поэтому сложный глаз исключительно точно реагирует на движение, и поскольку движущийся предмет последователь но появляется в разных глазках, это дает насекомому определить скорость перемещения. Основываясь на этом принципе, ученые создали прибор, способный мгновенно измерить скорость самолетов попавших в поле зрения. Бионики создали измеритель путевой скорости самолетов относительно Земли. Была разработана фотокамера «мушиный глаз» и «небесный компас».

• 
  Слайд 13

  Мигрирующие по воздуху

  В мире животных нет более искусных навигаторов чем птицы. С давних пор человек использовал голубей для пересылки писем. Известны случаи когда птиц увозили за тысячи километров в закрытых ящиках, вращающихся клетках чтобы «сбить их с толку», но выпущенные на волю они быстро определяли свое положение и летели в нужном направлении. Способность к навигации у птиц – чувство врожденное. Ученные полагают, что ориентация у птиц – процесс комплексный, в котором участвуют почти все органы чувств, но устройство и принцип работы систем ориентации – механизм ориентации , остаются пока не разгаданным. В этой связи привлекают биоников и далекие перелеты бабочек: репейниц, адмиралов, траурниц, некоторых бражников и особенно монархов. Бионики многих стран работают над механизмом ориентации животных раскрытие которого даст возможность человеку создать в технике принципиально новые навигационные системы.

• 
  Слайд 14

  Биомеханические модели

  • За миллионы лет развития жизни на Земле природа в своей мастерской создала немало биологических моделей с оригинальным способом передвижения по различным поверхностям, снабдив их для этого особыми устройствами.
  • Так конечности мух и черных морских ежей имеют присоски, благодаря которым они могут перемещаться по совершенно немыслимым поверхностям.
  • Пауков природа наделила чудесным гидроприводом, жидкостью для которого служит кровь.
  • В основе движения обитателей сыпучих грунтов лежит принцип вибрации.
  • Своеобразен и способ передвижения пингвинов по снегу.
  • На основе изученных биомоделей, ученные разработали проекты вездеходных прыгающих, ползающих и других универсальных средств передвижения
• 
  Слайд 15

  Полет насекомых

  • По экономичности полета, относительной скорости и маневренности насекомые не имеют себе равных ни в живой природе, ни в современной авиационной технике. Изучение летных особенностей насекомых открывает перед человеком бесконечное разнообразие оригинальных устройств в авиаконструкций. Так, например, жужжальца жуков колеблются во время полета в определенной плоскости и служат органом, определяющим отклонение от положения равновесия.
  • На этом же принципе создан прибор - гиротрон, применяемый в скоростных самолетах и ракетах для обнаружения углового отклонения и обеспечения стабильности полета
  • Стрекозы, осы, пчелы и бабочки бражники могут двигаться по воздуху не только вперед, но и назад, вправо, влево, вверх и вниз. Птеростигмы насекомых дали толчок для разгадки причины флаттера- вибрации самолетного крыла.
• 
  Слайд 16

  Сетчатые, решетчатые и ребристые конструкции

  В архитектурной практике широко используется принцип построения природных пространственно – решетчатых систем: радиолярии, диатомовых водорослей, некоторых грибов, раковин, даже микроструктура головки бедренной кости . В этих моделях особенно ярко проявляется принцип распределения материала с расчетом на самые случайные и разнонаправленные действия нагрузок. Например, структура головки тазобедренной кости построена так, что никогда не работает на излом, а только на сжатие и растяжение. Это используется в конструировании опорных рам, ферм, подъемных кранов. Тонкие крылышки стрекозы коромысла делают до 100 взмахов в секунду, шмеля - более 200, комнатной мухи-до 300, а комара дергуна – до 1000 взмахов. Они обладают достаточной прочностью благодаря разветвляющейся в них сетке жилок

• 
  Слайд 17

  Констуркции предварительным напряжением

  • Ребристая форма листа придает им по сравнению с другими листьями, дополнительную жесткость, прочность и устойчивость в пространстве.
  • Принцип сопротивляемости конструкции по форме, существующий в природе, нашел широкое применение в современном строительстве.
  • Складчатые конструкции просты в изготовлении и в монтаже. Они могут перекрывать весьма большие сооружения, зал ожидания на Курском вокзале, манеж института физкультуры в Москве и др.
  • Подражая природным структурным формам, мостовикам удалось создать ряд оригинальных проектов и сооружении. Так, например, взяв за основу форму полусвернутого листа, инженеры спроектировали мост через реку, сочетавший в себе поразительную прочность экономичность и красоту.
• 
  Слайд 18

  Унификация в природе

  • Нередко природа унифицирует конструкции, т.е. строит их из элементов одной и той же формы: лепестки цветов, семена злаков, головка чеснока, ягоды малины, чешуйки рыб, змей, шишек, панцири и т.д.
  • Наиболее экономичной является конструкция, составленная из правильных плотно сомкнутых шестиугольников.
  • Конструкция пчелиных сот легла в основу изготовления «сотовых панелей» для строительства жилых здании. В дальнейшем, с целью экономии материала, конструкторы стали собирать панели из одного элемента- треугольника с продленными сторонами. При сборке получается сотовая конструкция, но без двойных стенок.
• 
  Слайд 19

  Дырчатые конструкции

  • В 1889 году в Париже по проекту инженера Эйфеля была сооружена трехсотметровая металлическая ажурная башня, ставшая своеобразным символом столицы Франции. Ученые обнаружили, что распределение силовых линии в конструкциях башни и в берцовой кости человека идентично, хотя при создании инженер не пользовался живыми моделями.
  • Легкая и хрупкая кость, способная выдержать большие нагрузки, стала предметом изучения ученых и архитекторов, в результате которого в архитектуре родился принцип дырчатых конструкции, положивший начало разработке новых пространственных структур.
• 
  Слайд 20

  Камерный глаз животных

  • Для всех позвоночных, головоногих моллюсков и пауков характерны глаза так называемого камерного типа, т.е. сходные с устройством фотоаппарата.Хотя по сравнению с человеческим, глаза у животных устроены не столь сложно, некоторые из них обладают уникальными свойствами. Так, глаза хищных птиц отличаются большой зоркостью. Многие птицы способны видеть сквозь дымку и туман, а голубь может не мигая смотреть на солнце.
  • На основе работы глаза голубя спроектировали оптический прибор для опознавания объемных предметов. По принципу работы глаза лягушки уже создано несколько типов электронных моделей, используемых на аэродромах для обнаружения летящих самолетов и контроля за их движением.
  • На основе свойства некоторых животных видеть в темноте создан прибор – «кошачий глаз»
• 
  Слайд 21

  Стволовая архитектура

  • «Роль стебля, главным образом, архитектурная: это твердый остов всей постройки» г – говорил русский ученый К.А.Тимирязев. Природа в своей мастерской создавала растения по всем правилам строительной техники. Примерами тому являются растение пухонос из семейства осоковых и фабричная труба. Их конструкции в поперечном сечении оказались удивительно похожими, хотя создавались независимо друг от друга
  • На основе принципов построения природных высотных конструкции строители проектируют высотные здания нового типа типа стволовой конструкции. По принципу строения стебля пшеницы разработан проект высотного здания, у которого основание более узкое, чем средняя часть. Упругие демпферы, разделяющее здание по высоте на несколько элементов, снижают силу ветрового напора и сокращают нагрузку на основание.
• 
  Слайд 22

  Живой свет

  • Существуют организмы отличающиеся изумительным свойством излучать свет. Распространены они повсеместно – от экватора до полярных широт и от поверхности воды до предельных глубин. Среди сухопутных жителей таких организмов немного, это некоторые грибы и насекомые. Основная же масса живых светящихся моделей живет в море и состоит из представителей простейших организмов, кишечнополостных, червей, моллюсков, ракообразных и рыб. Свечение организмов(биолюминесценция) является характерным признаком их жизнедеятельности.
  • Помимо желез с фотогенными (рождающими свет) клетками имеются фотофоры - специальные светящиеся органы, богато иннервированные и состоящие из рефлекторов и линз.
  • Живой свет привлекает многих ученых. Установлено , что в «светильниках» живых организмов почти вся химическая энергия при окислении превращается в свет, тогда как в обычной электрической лампе более 70% энергии уходит не на освещение, а на образование тепла.
• 
  Слайд 23

  Гидродинамика живых систем

  • Конструируя живые плавательные механизмы, природа стремилась наделить их такими устройствами, которые обеспечивали бы им наиболее эффективное преодолевание сопротивления водной среды и высокой скорости.
  • К числу отличных пловцов относят кальмаров (60 км/ч), дельфинов, рыбу-меч (140 км/ч), тунцов .
  • Изучая и раскрывая гидродинамические секреты природных механизмов, гидробионики находят принципиально новые способы проектирования кораблей: заимствуют форму для современных подводных лодок, покрывают корпуса судов искусственной «дельфиньей кожей» (ломинфло).
• 
  Слайд 24

  Аэродинамические прототипы

  • Тысячелетиями мечтал человек подняться в небо и полететь подобно птице или другим летающим конструкциям, созданным природой. Первым, кто начал изучать механику полета живых моделей с бионических позиции, был великий Леонардо да Винчи. В дальнейшем глубокий анализ общих принципов функционирования живых организмов и машин дал наш замечательный ученый Н.Е.Жуковский.
  • Авиаконструкторы при создании самолетов не обращались в «патентное бюро природы», и лишь возникшая в наше время необходимость в резком повышении экономичности, надежности и маневренности летающих машин привела их к живым моделям. Конструкторы многих стран заняты сейчас изучением механики полета птиц, созданием аппаратов с подвижными машущими крыльями: махолетов и орнитоптеров.
• 
  Слайд 25

  Глубоководные аналоги

  Мировой океан таит в себе огромный запас продуктов питания, химического сырья, минералов и полезных ископаемых, жизненно важных для человека, а также много тайн интересующих ученых различных областей науки. При построении первых глубоководных лодок – батискафов – ученые пользовались принципом функционирования подводного жилища паука серебрянки. Например идея конструкции пятикомнатного стального дома подводной лаборатории Кусто «Преконтинент-2» была подсказана морской звездой. Внимание биоников привлекают киты. Сделав всего лишь один- единственный вдох, киты и кашалоты могут погружаться на глубину 1500-2000 метров и оставаться там по 2 часа и более!

• 
  Слайд 26

  Конус

  В живой природе функции и форма тесно сближены и взаимно обусловлены. Образование механических тканей живых организмов связано с интенсивностью роста и влиянием многих внешних факторов.Например для конструктивной формы, например стволов и стеблей растений характерно распределение строительного материала по линиям максимальных напряжении. Одной из опорных форм в природе является конус. Принцип конуса лежит в конструкции Останкинской телебашни,, водонапорной башни в Алжире.

• 
  Слайд 27

  Крылатые эхолокаторы

  • Долгое время оставалось загадочной способность летучих мышей летать в абсолютной темноте и ловить «на ходу» насекомых, не задевая встречные предметы. Лишь в наше время благодаря специальной аппаратуре было установлено, что природа создавая живые модели, наградила некоторые из них, в том числи и летучих мышей, способностью издавать звуки с частотой колебания выше 20 тыс. герц, т.е. ультразвуки.
  • Интересно что некоторые ночные бабочки из семейства совок и златоглазки оказались также чувствительный к ультразвуковым сигналам. Моделирование живых локаторов открывает новые перспективы использования их конструкции в качестве чувствительных элементов разных технических систем. На основе принципа эхолокации летучих мышей конструируются модели приборов – поводырей, фонарей, ультразвуковых очков – локаторов для слепых и т. д.
• 
  Слайд 28

  Мастера камуфляжа

  • Способность менять окраску присуща многим животным рыбам, квакшам, креветкам, конькам, хамелеонам, осьминогам, ящерицам, каракатицам и др. Изменение окраски у животных – сложный биологический процесс. Происходит он под влиянием раздражении извне, которые воспринимаются органами зрения и передаются через нервную систему кожным клеткам, поэтому если такого животного ослепить, то он теряет эту способность.
  • Под кожей у животных расположены особые эластичные клетки – хроматофоры, заполненные красящим веществом. По сигналу животного одни хроматофоры затягиваются, а другие уменьшаются, в результате начинает преобладать один цвет. Ученым удалось создать особые термометрические краски, с помощью которых легко узнать, как нагреваются во время работы различные детали машин и механизмов.
• 
  Слайд 29

  Трансформация