Задания по физике и биофизике

Задания по физике и биофизике

Представленные задания по физике с элементами биологии могут быть использованы учителями физики на уроках и во внеурочной деятельности, а также учащимися при написании доклада, выполнении творческих работ, для самоподготовки и для расширения кругозора.

Задачи по темам: Движение под действием силы тяжести. Сила упругости, сила трение, сопротивление. Вес, плотность тела, инерция, масса

1. Скелет птиц прочен и легок. Многие кости имеют воздушные полости. Крылья приводит в движение мощная летательная мускулатура, которая прикрепляется к специальному выросту грудной кости - килю.

Объясните на примере строения скелета птиц (строения костей) прочность и легкость скелета.

2. Скорость движения меч-рыбы в воде достигает 130 км/ч. Это обусловлено способностью рыбы изменять форму своего хвостового плавника. Такую же скорость развивают некоторые рыбы семейства парусниковых - копьеносцы, марлины, парусники. Они имеют копьевидно заостренную верхнюю челюсть, что существенно снижает лобовое сопротивление воды и способствует турбулизации набегающего потока струй при движении в плотной среде.

Как называется такая форма тела? Как можно уменьшить сопротивление при движении в воде или воздухе?

3. Неудивительно, что птицам нужно много корма, нередко вес съеденной пищи за сутки в 1.5-2 раза превышает их собственный! Например, пеночка, которая имеет массу 8-10 г, съедает за день до 17 г насекомых.

Как изменяется при этом вес пеночки? А ее масса?

4. Среднее яйцо африканского страуса имеет длину 15-20 см, что по объему равно примерно двум дюжинам куриных яиц, и весит 16-18 Н. Чтобы сварить такое яйцо, требуется 40 минут. Но самое трудное - это очистить его, ведь скорлупа толщиной 1,5 см выдерживает нагрузку 127 кг.

Определите массу яйца страуса и массу одного куриного яйца.

5. Рекордсменка по прыжкам среди лягушек - южноафриканская лягушка тонкотелый прыгун (Megalixalus leptosomus). Имея длину туловища всего 5 см, она способна прыгать на 10 м.

Определите максимальную высоту при прыжке, если лягушка прыгает под

углом 45⁰.

6. Меч - это костяной отросток верхней челюсти рыбы. Он легко рассекает воду и значительно улучшает гидродинамическую характеристику тела рыбы. Вот рыба-меч и устанавливает рекорды по скорости передвижения под водой - 130 км/ч. Но чего бы стоил меч, если бы не белковая смазка - муцин, сводящая на нет трение рыбы о воду.

Как уменьшают рыбы силу сопротивления о воду?

7. Природа порой ставит животное в условия, которые требуют от него особых, кажущихся сверхъестественными выносливости, ловкости и силы. Такими качествами обладает белый медведь. Масса самых старых самцов достигает тонны, а в среднем масса животного 300-500 кг.

Во сколько раз масса старого зверя больше массы средних белых медведей?

Задачи по теме: Механические колебания и волны

1. Голиаф - самая крупная лягушка, обитающая в Камеруне (Африка). Ее вес 3,5 кг, длина тела 32 см. Самой маленькой лягушкой считается чесночница с Сейшельских островов, ее длина 1,8-1,9 см. Крик лягушки-быка из Северной Америки слышен на расстоянии нескольких километров и похож на рев быка. Еще громче орет самец древесной лягушки-коки из Пуэрто-Рико. Будучи менее 5 см, он издает крик силой

108 Дб.

Чему соответствует крик древесной лягушки по уровню звукового давления?

2. Летают колибри, ярко окрашенные птички, с большой скоростью и так быстро взмахивают крыльями, что очертания крыльев незаметны. Число взмахов может достигать 20-25, а у некоторых видов 50 в секунду! Питаются колибри нектаром цветов. Колибри - единственные птицы, которые в полете способны давать «задний ход».

Определите длину волны, которую генерирует колибри.

3. Чтобы поддерживать высокую температуру тела, особенно во время полета, птицы тратят много энергии. Поэтому обмен веществ у них очень интенсивен, особенно у мелких видов. Четырехкамерное сердце птицы работает с большой нагрузкой и развито сильно. Например, у самых маленьких птиц - колибри - сердце занимает половину полости тела, а по объему в три раза больше желудка. Частота сокращений сердца у некоторых видов колибри достигает 1000 в минуту. А у человека - 70 сокращений.

Сравните частоту и период сокращений сердца человека и колибри.

4. У обыкновенной амебы обнаружен так называемый вибротаксис в виде положительной реакции на источник механических колебаний частотой 50 Гц. Это становится понятным, если учесть, что у некоторых видов инфузорий, служащих амебе пищей, частота биения ресничек колеблется как раз между 40 и 60 Гц.

Определите период и циклическую частоту источников колебаний.

5. У многих насекомых (саранчи, стрекоз) две пары крыльев. У других насекомых (мухи, жуки) только одна пара крыльев. Скорость работы крыльев у разных насекомых различная. Так, у крупных бабочек (махаон), число взмахов за 1 секунду равняется 5, у саранчи - 18, у комнатной мухи - 120, у пчелы - 180, у галлицы - 700-1000.

Какое из этих насекомых мы будем слышать?

6. Сверчки воспринимают звуки частотой 300-8000 Гц, кузнечики - 800-45000 Гц, саранча - до 90 000 Гц.

Определите период колебаний, воспринимаемых этими насекомыми.

Ответы к задачам по темам: Движение под действием силы тяжести. Сила упругости, сила трение, сопротивление. Вес, плотность тела, инерция, масса

1. В результате эволюции многие кости птиц стали полыми, в некоторых крупных костях возникли распорки. Так, скелет двухкилограммового фрегата, размах крыльев которого больше 2 м - имеет массу всего 115 г.

2. Такая форма называется обтекаемой. Сопротивление зависит от формы тела, его размеров, обработки поверхности и от среды, в которой тело движется. Для уменьшения сопротивления необходимо уменьшить площадь лобового сопротивления; обработать поверхность так, чтобы поверхность была гладкой.

3. Масса и вес пеночки увеличивается в 2,7 раза.

4. Масса яйца страуса 1,6 - 1,8 кг.

5. 76^о

6. Поверхность рыбы обтекаемая и еще покрыта особой слизью, которая уменьшает трение о воду.

7. В два - три раза.

Ответы к задачам по теме: Механические колебания и волны

1. Сирене пассажирского поезда - 110 Дб.

2. 17 -13,6 м при частоте 20-25 Гц; 6,8 м при частоте 50 Гц.

3. Частота сокращений сердца у колибри больше в 14,3 раза, чем у человека.

4. 0,025 - 0,016 с, 251,2 - 376,6 рад/с.

5. Звук саранчи частотой 18 Гц, комнатной мухи - частотой 120 Гц, пчелы - частотой 180 Гц, галлицы - частотой 700-1000 Гц.

6 . сверчки воспринимают звуки, период колебаний которых 0,003 - 0,000125 с, кузнечики - 0,00125 - 0,00002 с, саранчи - до 0,00001 с.

Литература

1. Семке А.И. Нестандартные задачи по физике. - Ярославль: Академия развития, 2007.

2. Физика / Джонни Т. Дэннис; пер. с англ. А. Расторгуева. - М.: АСТ: Астрель, 2008.