Почему природа предпочитает полые трубы сплошным брусьям

МОУ «Бичурга-Баишевская средняя общеобразовательная школа»
Автор:
ученик 8 класса
Ермолаев Станислав
2008 ГОД
Выяснить, влияет ли форма
предмета на его прочность.
Геометрические тела разной формы с
одинаковой площадью поверхности.
 Что прочнее: призма или цилиндр?
 Как живая природа использует прочность
полых труб?
 Какие виды деформаций встречаются в
живой природе?
 Почему у жирафа длинная шея?
 Почему мелкие насекомые, падая на землю с
большой высоты, остаются невредимыми, а
крупные животные гибнут?
 Экспериментальным путём установить,
от чего зависит прочность тела.
 Выяснить, какие виды конструкций
строительной техники используется
живой природой чаще всего.
 Познакомиться с некоторыми видами
симметрии в кристаллах.
 Деформацией твердого тела называется
изменение его размеров и объема, которое
сопровождается обычно изменением формы
тела. Деформации происходят при нагревании
(охлаждении) твердых тел или под действием
внешних сил. При деформациях частицы,
расположенные в узлах кристаллической
решетки, смещаются из своих равновесных
положений. Этому смещению препятствуют
силы взаимодействия между частицами
твердого тела. В деформированном твердом
теле возникают внутренние упругие силы.
Деформация твердого тела является результатом
изменения под действием внешних сил взаимного
расположения частиц, из которых состоит тело, и
расстояний между ними.
Существует несколько видов деформаций твердых
тел.
1 ― деформация растяжения; 2 ― деформация сдвига; 3 ―
деформация всестороннего сжатия
Материалы: три листа бумаги, клейкая
лента, книги.
Процесс.
1.Сложить листки бумаги в три разные
формы:
а) сложить листок втрое и склеить концы (в
форме правильной треугольной призмы);
б) сложить листок вчетверо и склеить
концы (в форме прямоугольного
параллелепипеда);
в) скатать бумагу в форме цилиндра и
склеить концы.
2. Поставить готовые фигуры на стол.
3. Кладём на фигуры поочерёдно книги.
4. Посмотреть, когда сооружения
обвалятся.
5. Запомнить, какое количество книг
может выдержать каждая фигура.
Учебник физики
8 класса
Сборник задач по
физике 7-9 классов
1.Сделал:
•треугольную призму,
•прямоугольный
параллелепипед
• цилиндр.
•Поставил их на стол.
•Положил
по одной
книге на
каждую
фигуру
•Положил
по две
книге на
каждую
фигуру
•Положил по
три книги на
каждую
фигуру
•Положил по
четыре книге
на каждую
фигуру и
треугольная
призма
развалилась
•Положил по
пять книг на
каждую
фигуру и
прямоугольн
ый
параллелепи
пед
развалился
•Я положил
пять книг
физики 8
класса и семь
книг
сборника
задач по
физике 7-9
класса
•Только
после этого
развалился
цилиндр.
Цилиндр
выдерживает самое
большое количество
книг!
Гравитация (притяжение к центру Земли)
тянет книги вниз, а бумажные опоры не
пускают. Если земное притяжение будет
больше силы сопротивления опоры, вес
книги раздавит её. Открытый бумажный
цилиндр оказался самой прочной из всех
фигур, потому что вес книг, которые на
нём лежали, равномерно распределился
по его стенкам.
 При прогибе происходит растяжение
материала по выпуклой его стороне и сжатие
по вогнутой; средние части заметной
деформации не испытывают.

Поэтому в технике сплошные брусья заменяют
трубами, балки делают тавровыми или
двутавровыми. Это экономит материал и
уменьшает массу установок.
Как известно,
трубчатое
строение имеют
кости
конечностей и
стебли
быстрорастущих
растений –
злаков, зонтичных
и т.д.
• Молодые, неокрепшие листья злаков всегда
бывают свернуты в трубочку.
У подсолнечников и других растений стебель
имеет рыхлую сердцевину.
Человеческое тело испытывает достаточно большую
механическую нагрузку от собственного веса и от мышечных
усилий, возникающих во время трудовой деятельности. На
примере человека можно проследить все виды деформации.
Деформации сжатия испытывают позвоночный столб,
нижние конечности и покровы ступни; деформации
растяжения – верхние конечности, связки, сухожилия, мышцы;
деформации изгиба – позвоночник, кости таза, конечностей;
деформации кручения – шея при повороте , кисти рук при
вращении и т.д.
 Конструкции,
составленные из
отдельных
стержней или
пластин,
сходящихся под
углом 120°,
обладают
максимальной
прочностью при
минимальном
расходе материала.
Примером таких
конструкций
являются
шестигранные ячейки
пчелиных сот.

 Сопротивление кручению очень быстро
возрастает с увеличением толщины.
 Поэтому органы, рассчитанные на
выполнение крутильных движений, как
правило, длинные и тонкие (шея птицы,
жирафа, тело змеи).


Конструкции в
форме арок
обладают
огромной
прочностью по
отношению к
усилиям,
действующим на
их выпуклую
сторону.
В организмах –
это череп,
грудная клетка,
оболочки яиц,
орехов, панцири
жуков, раков,
черепах.
 Галилео Галилей писал: «Кто не знает, что
лошадь, упав с высоты трёх – четырёх
локтей, ломает себе ноги, тогда как собака
при этом не страдает, а кошка остаётся
невредимой, будучи брошена с восьми –
десяти локтей, точно так же как сверчок,
упавший с верхушки башни, или муравей,
упавший на землю хотя бы из лунной
сферы».
 Почему мелкие
насекомые, падая
на землю с
большой высоты,
остаются
невредимыми, а
крупные
животные
гибнут?
 Прочность костей и тканей животных
пропорциональна площади их сечений.
 Сила трения о воздух при падении тел также
пропорциональна этой площади.
 Масса же животного (и его вес)
пропорциональна его объёму.
 С уменьшением размеров тела его объём
убывает значительно быстрее, чем
поверхность.
 Таким образом, при уменьшении размеров
падающего животного увеличивается сила
торможения его о воздух ( на единицу массы)
по сравнению с силой торможения более
крупного животного.
 С другой стороны, для более мелкого
животного возрастают прочность костей и
сила мышц ( также на единицу массы).
Сравнить
прочность костей
лошади и кошки
при их падении
не совсем верно,
так как у них
разное строение
тела, в
частности
различны
амортизирующие
приспособления,
смягчающие
толчки при
ударах.
Более правильно было бы
сравнивать тигра, рысь и
кошку.
Самой «прочной» среди них
оказалась бы кошка!
Строительная техника в мире
живой природы
Способ конструирования, напоминающий ткачество,
используется для создания гнёзд, ловушек, коконов.
Поразительны лёгкость и
изящество сети паука.
ПАУТИНА В РОСЕ
Его постройки отличаются
удивительной прочностью
при малой массе.
Восхищает
строительное
искусство жилища
медоносных пчёл –
строгая геометрия
их сот, состоящих
из правильных
шестиугольных
ячеек.
Удивительны сооружения муравьёв, термитов.
Изумляют коралловые острова и
рифы, образованные
известковыми скелетами
коралловых полипов
Для
кристаллического
состояния
вещества
характерны
порядок,
закономерность,
симметрия
расположения
атомов и
молекул,
периодическая
повторяемость их
в пространстве
Примером таких чудесных
кристаллов являются
снежинки (поворотная
симметрия)
 Экспериментальным путём установил: тело
цилиндрической формы обладает наибольшей
прочностью.
 Узнал ,как живая природа использует прочность
полых труб.
 Выяснил, какие виды конструкций строительной
техники используется живой природой чаще
всего.
 Познакомился с некоторыми видами симметрии в
природе.













Биологический энциклопедический словарь– М. : «Российская
энциклопедия», 2000.
Энциклопедический словарь юного физика, - М., «Педагогика»
Богданов Н.Ю. «Физик в гостях у биолог»,– М. «Наука», 1986.
Бриг У. «Мир света», – М. «Наука», 1967.
Кац Ц.Б. «Биофизика на уроках физики»– М. : «Просвещение»,1988
Моисеева Н.И. «Биоритмы жизни»– М., «Просвещении», 1997.
Симаков Ю.Г. «Живые приборы»– М. : «Знании», 1978.
Хильневич С.С. «Физика вокруг нас»– М. – «Наука», 1985.
Марк Колтун, «Мир физики», М. – «Детская литература», 1984
Енохович А.С., «Справочник по физике и технике» – М.
«Просвещение»,1983
Денисова Г.А., «Удивительный мир растений» - М. «Просвещение»,1981
Ильченко В.Р., «Перекрёстки физики, химии и биологии», - М.,
«Просвещение»,1986
Ресурсы сети Интернет.