Физические особенности полета птиц
Автор: Головина Татьяна, 17 лет. Ученица Коммунального государственного учреждения «Средняя школа №13» акимата города Усть-Каменогорска.
Педагог: Гановичева Мария Анатольевна, Коммунальное государственное учреждение «Средняя школа №13» акимата города Усть-Каменогорска.
Описание: Данное исследование будет полезно школьникам, учителям физики и биологии.
Назначение: исследование можно рекомендовать для дополнительного чтения по предметам физика и биология, кроссворды можно использовать на уроках, а также при проведении внеурочных мероприятий.
В данной работе рассматриваются особенности жизнедеятельности птиц: способность летать, сохранять энергию, ориентироваться в пространстве, справляться с перегрузками. Эти способности уникальны, каждую из них может объяснить определенный раздел физики. Понимание механизма протекания данных процессов позволяет человеку перенести знания о природе в практическую плоскость и применять их в жизни. Знание особенностей полета привело к созданию большого количества разнообразных летательных аппаратов.
Цель: объяснение механизма полета птиц.
Задачи:
Образовательные: прививать интерес к науке, чтению.
Развивающие: развивать внимание, воображение, умение анализировать.
Воспитательные: воспитание экологической культуры и понимания взаимосвязи природных явлений.
Одна из самых завораживающих особенностей птиц – способность летать. Объяснить эту способность помогут законы механики.
Изучая особенности крыла, выяснили следующее: есть внутренняя часть (запястье), которая приводиться в действие мускулами плеча и расположена приблизительно посередине крыла; и внешняя часть, которая является продолжением крыла от запястья.
Над запястьем есть группа перьев, называемая крылышком. Между ними и крылом есть свободное пространство. Это группа перьев отвечает за взлет и приземление.
Птица взлетает не только за счет мышечных усилий, которые обеспечивают взмахи крыльями вверх. Раньше считалось, что таким образом она отталкивается от воздуха. Но воздух — не плотная среда и оттолкнуться от него сложно.
Оказывается при взмахе крыльев часть перьев птицы на доли секунды разворачивается под прямым углом к телу птицы и крылу, образуя пропеллеры.
Так как у перьев на конце крыла опахало тоньше с передней стороны, то при движении пера создается закручивающая сила. Перо жесткое в основании и гибкое в конце; когда птица опускает крыло, давление воздуха на широкую стороны опахала поворачивает перо вверх, закручивая в пропеллер. Следует помнить, что крылья не прилепляются к кости крыла неподвижно, а крепятся к широкой и гибкой перепонке.
Это дает свободу каждому перу. Птица может задействовать два пера в качестве пропеллера или девять в зависимости от желаемой скорости полета.
Внутренняя часть крыла отвечает за нужный для полета угол, обеспечивающий подъемную силу. При взмахах, поворачивая перья, птица снижает давление над крылом, а давление снизу, называемое подъемным, позволяет ей взлететь. Давление на переднюю стенку крыла для успешного взлета так же должно быть меньше чем на заднюю.
После взлета внутренней части крыла нет необходимости двигаться, она сравнима с рычагом для наружней части крыла, если птица меняет ее положение, то регулирует скорость своего полета. Хвост птицы служит рулем, он поворачивается в любую необходимую сторону, при взлете же он служит дополнительной плоскостью для подьема. Кости птиц очень легкие и эта природная особенность объясняет незначительную силу тяжести, которая птица преодолевает при взлете.
При перелетах стаями, птицы умело используют средства уменьшения сопротивления воздуха.
Самая сильная птица летает впереди. Воздух обтекает ее под определенным углом. Взмахи крыльев этой птицы порождают воздушную волну, которая переносит некоторую энергию. Если летящая следом птица попадает в эту воздушную волну, ей нужно прикладывать минимум усилий для полета, так как в этой волне сопротивление воздуха минимально. Этим же можно объяснить сопровождение птицами самолетов. Они летят за самолетами для уменьшения затрат энергии на полет, увлекаемые потоками воздуха.
Взмахи крыльев птиц в летящей стае совершаются в резонанс, а если соединить концы крыльев птиц воображаемой линией, то в фиксированный момент можно наблюдать синусоиду
Морские птицы для облегчения полета используют энергию морских волн. Над гребнем морской волны возникает поднимающийся вверх воздушный поток. Птица, влетая в него, может без усилий подняться вверх, затем она начинает падать, пока не попадет в поток воздуха следующей волны. Особенно часто таким способом перемещаются альбатросы.
Многие птицы сопровождают морские суда. От работающих двигателей через трубы в воздух над кораблем идут потоки теплого воздуха, попадая в эти потоки, птицы уменьшают свои энергозатраты при полетах.
У земли конвекция помогает птицам взлетать и затем парить высоко в небе.
Воздух у земли (особенно весной и летом) прогревается сильнее и образуются восходящее воздушные потоки.
Расправив крылья, поддерживаемая этими воздушными потоками, птица без усилий поднимает вверх. Крупные птицы при подъеме используют движение по винтовой линии, что позволяет получить значительную скорость и уменьшить прикладываемые усилия, так как облегчается закручивание меховых перьев в пропеллеры.
Кроме полета законы механики птицы используют в плавании, но это уже другая история.
Верные ответы:
1В(слова: тяжести, Архимеда, подъемная)
2А(слова: хвост, голова, крылья)
3Б(слова: клин, рычаг, блок)
Источник
Крылья птиц
Ради способности летать все в организме птицы подверглось изменениям. Тело стало обтекаемым, мышцы и кости видоизменились так, чтобы увеличилась развиваемая ими сила и уменьшился вес тела. В связи с высокими энергетическими потребностями развились исключительно эффективные легкие и система кровообращения.
Пища птиц высококалорийна, пищеварительная система обеспечивает ее быстрое переваривание. Только у птиц есть перья, которые играют важную роль в полете и в регуляции температуры тела.
Птицы летают, буквально махая руками. Крыло аналогично человеческой руке, а его части соответствуют плечу, локтю, запястью и кисти. Однако в отличие от руки крыло двигается свободно только в плечевом суставе.
Мышцы самого крыла обеспечивают его складывание и управляют положением отдельных перьев. Эти мышцы невелики, и их вклад в сопротивление воздуху при полете мал. Сила для полета создается массивными мышцами, прикрепленными к грудине и соединенными сухожилиями с костями крыла. Когда грудные мышцы сокращаются, они тянут сухожилия, которые, в свою очередь, приводят в движение крылья. Одна группа грудных мышц обеспечивает мах вниз, меньшая группа — вверх.
Строение крыла птицы
Крыло покрыто кожей и перьями. Мелкие кроющие перья прилегают к телу и служат защитой для кожи. Большие маховые перья создают тягу и подъемную силу.
У птиц многие кости полые, укрепленные внутренними перегородками, распорками. Массивные грудные мышцы опускают крыло вниз; меньшие по размеру — поднимают его. По внешнему краю крыла расположены маховые перья первого порядка, участвующие в создании тяги и управлении полетом. Маховые перья второго порядка создают подъемную силу.
Хотя в принципе все крылья устроены одинаково, их особенности связаны с образом жизни птицы. У таких наземных птиц, как фазан и перепел, крылья короткие и закругленные, что позволяет им почти вертикально взлетать и быстро скрываться. У ласточек, стрижей и других «лихачей» открытых пространств крылья узкие серповидные. Крупные неморские парящие птицы, например кондоры и орлы, имеют длинные и широкие крылья.
Кондоры способны к парящему полету. Их длинные и широкие с прорезями крылья позволяют управлять движением в воздушных потоках.
Стрижи — самые летучие птицы. Своей легендарной скоростью они частично обязаны длинным заостренным крыльям.
Для фазанов характерны короткие, округлые крылья, позволяющие взлетать почти вертикально.
Кости птиц
Чтобы летать, нужно быть сильным, но легким. У многих видов птиц есть полые кости с поперечными перегородками для прочности. Пустоты в костях соединены с системой воздушных мешков — легочных и носоглоточных, что позволяет иметь резервный запас воздуха и вентилировать мускулы.
Для птиц характерно сращение костей, благодаря чему увеличивается жесткость скелета и создается прочная опора движущимся крыльям и ногам. Грудная клетка и позвоночник гораздо менее подвижны, чем у других позвоночных животных. Зато у птиц очень подвижная шея.
Источник