Інтегровані завдання "В біологію через фізику"

В БІОЛОГІЮ ЧЕРЕЗ ФІЗИКУ

Ці завдання дають можливість пояснити біологічні явища законами фізики, що сприяє системному підходу по формуванню наукового світогляду та технічного мислення учнів засобами природничих дисциплін.

Рослини. 

§        Чому дерева часто падають від вітру в густому лісі, а на відкритих місцях витримують значно сильніші вітри?

         Дерева в лісі мають меншу стійкість, бо вони тягнуться вгору, і крони їх розташовані ближче до вершин.

§        Чому взимку гілки дерев часто опускаються вниз?

         Під додатковою вагою снігу або льоду.

§        Водорості мають тонкі, довгі стебла. Чому вони не потребують товстіших та міцніших?

         Під впливом архімедової сили стебла водоростей вертикальне положення зберігають досить стійко, тому міцність стебла зайва.

§        Іноді дозрілі кавуни або помідори тріскаються. Чому?

         Тому, що дозрілий помідор або кавун багаті на воду, виникає велика сила внутрішнього тиску.

§        Коли вітер частіше ламає дерево — влітку чи взимку?

         Листя дуже збільшує лобову площу, а тому пропорційно збільшується сила тиску вітру. Отже, частіше ламаються дерева від вітру влітку.

§        Чому під час прополювання рослин бур'яни не слід виривати із грунту дуже швидко?

         В бур’яні міцна коренева система і при різкому вириванні стебло обривається, а корінь, за інерцією, залишається в грунті.

§        Яка властивість трави допомагає їй, після припинення дії сили, відновити свою форму?

         Пружність.

§        Чому буря, яка валить дерева, часто не може звалити сухе дерево, без листя?

         Листя створює додаткову площу опори і силу тиску, яка діє на дерево.

§        Яке значення для регулювання теплового режиму дерев має опадання листя восени?

         Внаслідок опадання  листя зменшується випаровування вологи деревом, а отже, зменшується втрата тепла.

§         Які дерева і чому випаровують води більше: ті, що ростуть окремо, чи ті, що ростуть в густому лісі?

         Дерева, які ростуть окремо, випаровують вологи більше, тому що більше зазнають дії вітру, який відносить повітря, збагачене водою і приносить сухе повітря, внаслідок чого випаровування відбувається більш інтенсивно.

§         Чому не рекомендується розводити сади в низинах?

         В низинах збирається холодне повітря, що має більшу густину. Для саду це небезпечно взагалі, особливо весною, в пору цвітіння.

§         На берегах ріки Ганг ростуть рослини, листя яких при високих температурах починає коливатись. Яке це має значення?

         Цим досягається збільшення тепловіддачі з поверхні листків, уникнення їх перегріву.

§         Влітку, під час спеки, можна помітити  опускання листя дерев. Як це пояснити?

         Внаслідок випаровування води зменшується внутрішній тиск в клітинах листя.

§         Навіщо овочі або фрукти, що призначенні для сушіння, ріжуть на тонкі скибочки?

         Щоб збільшити їх площу випаровування.

§         В яку погоду ліпше висихає скошена трава — тиху чи вітряну?

         У вітряну, оскільки водяна пара відноситься вітром (від вітру залежить процес випаровування).

§         Чому під час сильного морозу у лісі чути тріск дерев?

         Волога у гілках замерзає, розширюється і розриває деревину.

§         Чому деякі рослини степів мають воскове покриття?

         Воно зменшує випаровування вологи.

§         Чому рослини пісків  — саксаул, верблюжа колючка та інші не мають листків?

         Щоб звести до мінімуму випаровування вологи за рахунок зменшення площі випаровування.

§        Чому деякі рослини перед дощем «плачуть»?

         «Плач» рослини пояснюється виділенням надлишку води з неї при великій кількості її в грунті  і великій вологості повітря, а також по причині зниження атмосферного тиску. Під дією кореневого  тиску краплі виділяються через капіляри і стікають з листка.

§         Існує спосіб підживлення рослини через коріння, а також позакореневе. Як пояснити це підживлення?

         Підживлення рослини здійснюється шляхом дифузії молекул поживних речовин через поверхню листка.

§         Поясніть, чому іноді гинуть дерева після морозної зими?

         Рослинні соки під час змерзання розривають тканини.

§        Деякі рослини, що живуть в посушливих місцях мають листя, що густо вкрите ворсинками. Інші ж росини в жаркі дні виділяють на поверхню листя невелику кількість ефірних масел. Поясніть, яку значення мають ці особливості поведінки рослин ті їх будови для їхнього існування?

         Ворсинки зменшують циркуляцію  повітря навколо листя, створюючи повітряну «сорочку». Це  зменшує випаровування вологи листя. У інших рослин ефірні масла, випаровуючись, також створюють навколо листя своєрідну захисну оболонку, зменшуючи випаровування вологи.

§        Чому удар блискавки розщеплює дерево?

         Завдяки тепловій дії струму вода, що є в клітинах  дерева, випаровується, тиск пари розриває дерево.

Тварини.

§        Чому у білого медведя при великій його масі (800-1000кг) невелика витягнута голова, видовжена шия?

         Це надає його великому тілу обтічної форми, полегшує плавання та пірнання.

§        Як курка може збільшити удвічі тиск на землю?

         Піднявши одну ногу. Площа опори,  при цьому, зменшиться удвічі, у стільки ж зростає тиск.

§        Чому лось досить легко пересувається по болоті?

         Роздвоєні копита лосів мають перетинку, яка збільшує площу опори і зменшує тиск. Крім того, внаслідок парнокопитності, відсутнє атмосферне засмоктування.

§        Чи має риба у воді вагу?

         Ні, оскільки середня густина живої риби дорівнює густині води, в якій вони знаходиться.

§        Крокодили іноді ковтають камінці, маса яких складає біля 1% від маси тіла тварин. Для чого вони це роблять?

         Каміння служить баластом, який дозволяє крокодилу ходити по дну водойми і швидко затягувати свою жертву під воду.

§        Чому людина повинна вчитись плавати, а тварини зразу ж плавають, вперше ввійшовши у воду?

         Тварини плавають завдяки сильному роздуванню тулуба.

§        Чому гуси і качки плаваючи у воді виходять сухими, а кури тонуть?

         Гуси і качки змащують своє пір'я жиром із спеціальної залози, що знахо-дяться на куприку. Тому воно не змочується водою і вода не проникає в товщу пір'я, що робить вагу птаха меншою архімедової сили. Кури не мають таких залоз.

§        Риба має спеціальний газовий міхур, який дає можливість їй опускатись та підніматись у воді. Як це відбувається?

         М'язи риби стискують міхур, тому переборюється архімедова сила, що дозволяє рибі опускатись на глибину. Для підйому риби міхур розширюється.

§        Чому риби мають досить слабкий кістяк порівняно з тваринами суходолу?

         У сухопутних істот кістяк навантажений усією вагою тіла, а тому повинен бути досить міцним. У риб вага тіла практично зрівноважена силою Архімеда, а в таких умовах виправдовує себе і такий кістяк.

§        Чому на суші немає таких гігантських істот, як кит?

         Величезна вага тварин потребує на суші непомірних за розмірами та міцністю кісток, а у воді вага компенсується архімедовою силою.

§        Чому розриваються деякі риби, спливаючи на поверхню моря при потребі вивести потомство?

         Внаслідок ослаблення протидії внутрішнього тиску зовнішньому. Для виведення потомства глибоководні риби повинні підніматись на поверхню, щоб мальки могли зробити перший ковток повітря. При цьому риба гине, внутрішній тиск розриває її.

§        Трапляються випадки, коли у глибоководних риб плавальний міхур виходить назовні. Як це пояснити?

         В глибоководних риб внутрішній тиск газів більший за атмосферний, тому в повітрі міхур роздувається і виходить через рот назовні.

§        Чи однакові розміри плавального міхура у риби, коли вони знаходяться на різних глибинах?

         Зменшується із збільшенням глибини, оскільки тиск всередині рідини збільшується з глибиною.

§        Муха вільно ходить по стінках скляного ковпака, по стелі і не падає. Чому? Чи спостерігається це у безповітряному просторі?

         На кінчиках лапок мухи є присоски, дія яких грунтується на дії атмосферного тиску. У вакуумі такого ефекту не буде.

§        Чому великий тиск не сплющує рибу?

         Згідно із законом Паскаля, тиск під водою на одинаковій глибині одинаковий зі всіх сторін тварини. Тиск одинаковий зовні і в середині тіла. Тому риба, перебуваючи на великих шлибинах, не відчуває зміни тиску.

§        Чи однакове навантаження на серце жирафи при підніманні та опусканні голови?

         При підніманні голови навантаження на серце буде більшим, тому що потрібно подавати кров на значну висоту.

§        Чому оглушена риба спливає на поверхню води?

         М'язи міхура не працюють, вони розслабленні, міхур роздутий до максимуму, архімедова сила виштовхує рибу на поверхню.

§        Чому важко утримувати в руках живу рибу?

         Тіло риби покрите слиззю, яка зменшує силу тертя тіла риби об воду.

§        Корова-парнокопитна тварина, а кінь-непарнокопитна. Чому корова краще ходить по болоті, ніж кінь?

         Коли грузне нога корови, то її ратиця роздвоюється і стає ширшою. При підніманні ноги ратиця звужується, під неї легко заходить повітря. Коли з в'язкого грунту витягає ногу кінь, під його копитом утворюється розрідження, і зовнішній тиск утруднює піднімання ноги.

§        Чому риба має обтічну форму тіла?

         Щоб витримати тиск, який зростає з глибиною.

§        У лося  між  двома  частинками  роздвоєної  ратиці  є міцна перетинка. Яке вона має значення для лося?

         Для пересування по м’ягкому чи заболоченому грунті.

§        У слона коротка шия, він не може нагнутися до води, щоб напитись. Як же він п'є воду?

         Він несвідомо використовує атмосферний тиск; опускає у воду хобот (насос) і втягує в себе повітря. Під дією атмосферного тиску хобот наповнюється водою.

§        Яку роль відіграє хвіст у білки ?

         Він часто служить їй парашутом. Падаючи, вона розпушує хвоста, збільшуючи площу опору.

§        Для чого тіло риби покрите слиззю?

         Щоб зменшити силу в'язкого тертя в рідині.

§        Чому хутро білого ведмедя дуже слабо намокає?

         Тому, що воно має густий підшерсток, в якому затримується повітря і вода туди проникнути не може.

§        Чому підошви лап білого ведмедя покриті довгим жорстким волоссям?

         Це збільшує силу тертя при ходінні по льоду.

§        Який океанський мешканець здатний пірнати на глибину до 2000 тисяч метрів  де тиск досягає 20 aт?

         Кашалот.

§        Яка тварина і завдяки цьому відчуває наближення шторму?

         Медуза.    Вона має “ сигналізатор шторму”  - прилад, що сприймає інфразвуки, які утворюються при ударах хвиль а, оскільки інфразвуки поширюються швидше від звичайних,   медуза знає заздалегідь, що буде буря і пливе подалі від берега. Вчені сконструювали “вухо медузи”, і створений ними прилад передбачає наближення шторму за  15 годин.

§        Чому птах який сів на лінію електропередачі високої напруги, одразу ж злітає з нього?

         Тіло птаха одержує електричний заряд. Внаслідок незвичайного відчуття птах злітає.

§        Завдяки чому птахи, що здійснюють великі перельоти, не збиваються з дороги?

         Завдяки здатності орієнтуватися за магнітним полем Землі, а також за сонцем та зорями.

§        Чому птахи під час перельотів уникають великих радіостанції радарних установок?

         Сильні магнітні поля цих об'єктів заважають їм орієнтуватись у магнітному полі Землі.

§        Чому комахи які живуть в полярних краях на високогір'ях мають темне забарвлення.?

         Це допомагає їм поглинати більше сонячних променів.

§        Чому білий ведмідь не осліплюється блиском снігу та льоду?

         У білого ведмедя добре захищають очі від блиску снігу напівпрозорі миготливі перетинки.

§        Існують  риби – причепи, які пересуваються за чужий рахунок. У них передній спинний плавник видозмінений в овальну присоску. В овальному диску є пластинки. Яка їх роль?

         Притиснувши диск до того чи іншого предмета, причепи піднімають пластинки. Під ними утворюється вакуум і риба міцно присмоктується.

§        Як утримуються  черевоногі молюски на поверхні інших тіл ?

         За рахунок атмосферного тиску (під ногою утворюється розрідження).

§        Чому у чаплі дзьоб має форму гарпуна ?

         Це дає можливість їм легко втримувати слизьку рибу.

§        Чому у білого ведмедя короткі вуха вкриті шерстю ?

         Це зменшує тепловіддачу.

§        Шерсть тюленя складається з короткого,  пружнього  і рідкого волосся , яке не може захищати тіло від холоду. Що ж виконує цю функцію ?

         Цю функцію виконує жировий шар.

§        У птахів середня температура тіла 42,5-45,5°C. В людини при 42°С сідається білок і організм гине. Навіщо птахам така висока температура ?

         Політ вимагає великих витрат енергії м’язів. Для цього і потрібна така висока температура тіла, яка в даному випадку є прискорювачем біохімічних процесів.(розщеплення органічних речовин).

§        Ящірки і деякі інші дрібні плазуни, що живуть у пустелях, в спекотний час для часто залазять на верхівки кущів. Як пояснити таку дивну поведінку тварин!

         У спеку пісок так нагрівається, що навіть на висоті 5 см від його поверхні температура буває нижчою на кілька градусів, що й використовують тварини.

§        Шерсть оленя має форму тонесеньких трубочок, наповнених повітрям. Яке це має значення  для тварини ?

         Повітря є поганий провідник тепла, тому така шерсть перешкоджає відведенню тепла від тіла тварин.

§        Чому під час сильних морозів деякі птахи – тетерів, рябчики, глухарі, куріпки - зариваються в сніг ?

         Пухнастий сніг, як поганий провідник тепла ,під  час сильних морозів захищає птахів від морозу.

§        У китів, тюленів та моржів під шкірою є товстий  шар жиру, який досягає іноді 30 см. Яке його призначення?

         Жир - добрий  теплоізолятор , тому надійно захищає тварин від холоду.

§        У риб, які живуть в холодних морях, з настанням зими концентрація солей у крові зростає, стає сумірною з концентрацією солей у воді. Яке це має значення для риби ?

         В зимку температура води в холодних морях буває трохи нижчою 0°С. Підвищений вміст солей в крові риб оберігає їх від замерзання.

§        Температура ніг білої куріпки, яка живе в полярних широтах, дорівнює температурі снігу. Яке це має значення для птаха?

         При вищій температурі ніг сніг під ними танув би, що негативно впливає на птаха.

§        Чому собака в жаркий день висовує язик?

         У собаки потових залоз мало,  тому його тіло охолоджується прискореним диханням.

§        Що дає верблюду те, що його жировий запас знаходиться у горбах?

         Якби жирові запаси верблюда були розміщені по всьому тілу, це сприяло б перегріву його тіла (жир - поганий провідник тепла).

§        Чому білка та деякі інші тварини сплять, накрившись хвостом?

         У пухнастому хвості багато повітря, яке відіграє роль теплоізолятора.

§        Деякі живі істоти, не маючи можливості забезпечити себе їжею, впадають в зимову сплячку. Що дає така поведінка?

         Під час сплячки витрачається менше енергії на життєві процеси.

§        Для чого потрібна деяким тваринам літня сплячка?

         Сплять в літку деякі види змій, крокодилів, ящірок, жаб, ховрахів, їжаків, сонь, кажанів. Це дає їм можливість запобігати перегріванню організму та великій втраті вологи під час сильної спеки.

§        Чому кінчик носа, навіть у полярних тварин відкритий?

         Вкритому волоссям носові бракувало б чутливості. Цьому перешкоджав би шар повітря, який знаходився б у волоссі.