asyan.org
добавить свой файл
1




ПРИСТОСУВАННЯ ЖИВИХ ІСТОТ ДО ДІЇ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ

ІНТЕГРОВАНИЙ УРОК. 7 КЛАС

Мета уроку. Розглянути умови існування живих істот, за допомо­гою фізичних законів пояснити їх будову, спосіб життя та деякі біо­логічні процеси як наслідок пристосування живих істот до дії атмо­сферного тиску.

Тни уроку. Урок узагальнення і систематизації знань. Обладнання: таблиці: «Скелет людини», «Внутрішні органи риб», «Акваріумні рослини і риби».

СТРУКТУРА УРОКУ

І. Організація класу


Оголошення теми і мети уроку.

II. Актуалізація опорних знань

Бліц-опитування.

1. Що називається атмосферним тиском?

2. Який атмосферний тиск вважається нормальним?

3. Що називається ваговим тиском?

4. Що називається архімедовою силою?

5. За якою формулою обчислюється архімедова сила? Яку фізичну величину позначає кожна з літер формули?

6. Чому сили тиску рідини, що діють на бічні грані зануреного в рідину тіла, не приводять його в рух?

7. На верхню чи нижню грань зануреного в рідину тіла діє більший тиск? Чому?

^ III. Вивчення нового матеріалу

Нашу планету населяє велике розмаїття живих істот; усі вони мають різну будову і спосіб життя, але є дещо спільне, що їх об'єднує, — це вплив з боку середовища існування. Зокрема, про єдність живої й неживої природи писав О.Толстой:

«Вы, моря шумного пучины, Ты, неба вечного простор, и ты, светил блестящий хор, И вы, родной земли вершини, Поля й пестры цветы, И с гор струящиеся воды — Отдельно взятые черты Всецело дышащей природи! Какая вас связала нить, Одна другой светлей й краше? Каким законом обьяснить Родство таинственное наше?»

Спорідненість людини та інших живих організмів, що населяють нашу Землю, ми спробуємо пояснити мовою фізики.

Для цього розглянемо дію на живі істоти атмосферного тиску, архімедової сили та вагового тиску.

Почнемо з атмосферного тиску. Особливе значення він має для сухопутних тварин. Під дією атмосферного тиску в їхніх організмах відбуваються різні процеси. Розглянемо організм людини. Іноді, коли в людей болить голова (особливо перед зміною погоди або після знач­ного навантаження), вони згадують про тиск. Це артеріальний тиск. Підвищений або знижений артеріальний тиск — це, мовою фізики, неврівноваженість тиску крові в судинах з атмосферним тиском.

Пригадаємо дослід з магдебурзькими півкулями. (Повідомлення учня.)

Деякі кісткові з'єднання нашого скелета не розпадаються з тієї самої причини, що й магдебурзькі півкулі. Одним із таких з'єднань є тазово-стегнове (показ на таблиці). Якщо звільнити з'єднання від м'язових і хрящових зв'язок, то стегно не випаде: його притискує атмосферний тиск, оскільки в міжсугаобовому просторі немає по­вітря.

Як ми дихаємо? Під час розширення грудної клітки утворюється розріджене повітря. Під дією атмосферного тиску повітря надходить у легені через ніс і рот. Цей тиск можна відчути, якщо закрити рот і ніс та зробити вдих. Видих спричиняє збільшення тиску в легенях унаслідок їх стискання.

^ Як ми п'ємо? Чому рідина тече нам у рот, коли ми втягуємо іі?

(Повідомлення учня.)

Коли людина п'є, вона розширює грудну клітку, внаслідок чого повітря в роті розріджується. Під дією атмосферного тиску рідина піднімається в рот за законом сполучених посудин. Навпаки, якщо охопити губами горлечко пляшки, то ніякими зусиллями не можна втягнути з неї воду в рот, оскільки тиск повітря в роті і над водою однаковий. Отже, ми п'ємо не тільки ротом, а й легенями.

Крім розглянутих випадків, атмосферний тиск допомагає твари­нам і за інших обставин.

^ Як використовує атмосферний тиск лось? (Повідомлення учня.)

Лось живе в лісі. Йому часто доводиться ходити болотами. Що допомагає йому не грузнути? Це його роздвоєна ратиця, яка має міцну перетинку. Коли ратиця грузне в болоті, вона розширюється. При підніманні ноги ратиця звужується, під неї легко заходить повітря. Якби в лося замість ратиці було копито, то при підніманні ноги утворювалося б розріджене повітря між копитом і багном, і атмо­сферний тиск притискав би копито до болота, лосю важко було б там ходити.

Атмосферний тиск допомагає і комахам. Наприклад, чому муха не падає, коли лізе по стелі чи похилій площині? У неї на кінчиках ла­пок є присоски, які утримують муху завдяки дії атмосферного тиску.

^ Атмосферний тиск використовують також павуки і комарі. (Повідомлення учнів.)

Деякі види павуків, що живуть біля водойм, будують для себе бу­диночки, що мають форму ковпака, наповненого повітрям і відкрито­го знизу. Вода не затоплює цей будиночок, бо тиск повітря в ньому дещо вищий від атмосферного, який і зрівноважує тиск води на даній глибині. Запас повітря поповнюється за рахунок бульбашок повітря, які павук приносить з поверхні води на своєму тілі.

У горизонтальному положенні личинка комара анофелеса біля плівки поверхневою натягу води тримається за допомогою особливих паль­моподібних волосків. Коли личинка занурюється у воду, пелюстки цих волосків стуляються і захоплюють із собою деяку кількість бульбашок повітря, які допомагають їй повертатися до поверхні води.

Крім атмосферного тиску, живим організмам доводиться присто­совуватися й до вагового тиску.

Наприклад, чому висота дерев обмежена і чому на суші немає тва­рин, більших від слона? (Повідомлення учня.)

Тому що стовбур дерева не витримав би його ваги, а скелет твари­ни не витримав би ваги самої тварини.

Розглянемо ще два приклади. Спочатку порівняємо, як працює серце космонавта на Землі та в умовах невагомості. (Повідомлення учня.)

Серце космонавта в умовах невагомості працює з меншою за­тратою енергії, ніж на Землі. Це відбувається тому, що в умовах невагомості відсутній ваговий тиск, який доводиться долати в зем­них умовах.

Ваговий тиск шкодить не тільки серцю. Наприклад, немовля півро­ку постійно лежить у ліжечку без жодних ускладнень. Але досить на тривалий час злягти дорослій людині, як у неї можуть з'явитися про­лежні. Чим це пояснити?

(Під дією вагового тиску порушуються біологічні процеси в кліти­нах шкіри.)

Давайте поміркуємо, чому гинуть кити, викинуті під час шторму на берег?

(Вони роздавлюються під дією власного вагового тиску.)

Що ж допомагає китам жити у воді? (Архімедова сила.)

^ Чому найбільші тварини живуть у воді і чому риб називають космонавтами водних стихій? (Повідомлення учня.)

Густина тіла рибини близька до 1 г/см1. За законом Архімеда виштовхувальна сила рідини, що діє на занурене в неї тверде тіло, спря­мована вертикально вгору й дорівнює вазі рідини, витісненої тілом. Отже маємо, що вага витісненої води дорівнює вазі рибини, тобто будь-яка рибина у воді майже невагома. Тому риби — це своєрідні космо­навти у водній стихії.

^ Яку роль у житті риб відіграє плавальний міхур? (Повідомлен­ня учня.)

Плавальний міхур — це певною мірою пристосування, що ре­гулює середню густину рибини під час її переміщення на ту чи іншу глибину. За допомогою плавального міхура рибина зберігає рівно­вагу у воді. Заглиблюючись, рибина зберігає об'єм плавального міхура сталим. Вона підтримує в ньому тиск, який дорівнює на­вколишньому тиску води, для чого безперервно підкачує у міхур кисень з крові. Під час спливання, навпаки, кров інтенсивно вби­рає кисень з плавального міхура. Таке підкачування і вбирання — процеси досить повільні.

Таке спрощене уявлення про призначення плавального міхура риб було висловлене італійським ученим Бореллі в 1685 р. Протягом май­же 200 років воно сприймалося без заперечень, і лише завдяки пра­цям дослідників Моро і Шарбонеля була виявлена суттєва неточність у цій теорії.

Міхур лише допомагає перебувати рибині на певній глибині, — саме на тій, де вага витісненої рибиною води дорівнює вазі самої рибини. Коли ж рибина, працюючи плавниками, опускається ниж­че від цього рівня, тіло її під дією тиску стискується, здавлюючи міхур, вага витісненої води зменшується, і рибина неухильно падає вниз. Чим нижче вона опускається, тим більшим стає тиск води, тим більше стискується тіло рибини і тим стрімкіше вона продов­жує опускатися. Якщо рибина з глибини, де вона перебувала в рівно­вазі, працюючи плавниками, переміщується на меншу глибину, тіло її, звільнившись від частини зовнішнього тиску, роздувається зсе­редини плавальним міхуром. Унаслідок цього рибина піднімаєть­ся, і чим вище, тим більше роздувається її тіло, щодалі стрімкіше вона спливає. Перешкодити цьому рибина не може, оскільки стінки плавального міхура не мають м'язових волокон. Спостереження рибалок це підтверджують.
^ Що відбувається з рибою на великій глибині? (Повідомлення учня.)

Згідно із законом Паскаля, тиск на однаковій глибині однаковий з усіх боків тварини. Тиск однаковий ззовні і всередині тіла. Тому ри­бина, перебуваючи на великих глибинах, не відчуває зміни тиску так само, як і ми не відчуваємо атмосферного тиску на поверхні Землі. Ось коли людина піднімається на високу гору, зміна тиску відчуваєть­ся й виражається у формі гірської хвороби: частішає пульс, з'являєть­ся шум у вухах, починаються запаморочення, нудота, слабкість тощо. А горяни почуваються в цих умовах чудово. Отже, йдеться не стільки про абсолютне значення тиску, скільки про його зміну. У тварин, що живуть на великих глибинах, гідростатичний тиск лише змінює швидкість деяких біохімічних процесів в організмі і не впливає на його енергобаланс.

^ IV. Перевірка знань учнів

Вікторина

1. Герой роману О.Беляєва «Людина-амфібія» розповідає: «Дель­фіни на суші значно важчі, ніж у воді. Взагалі, у вас тут усе важче, навіть власне тіло.»Чи має рацію герой роману?

(Так, бо у воді частина ваги тіла зрівноважується архімедовою си­лою.)

2. Водорості мають тонкі, довгі стебла. Чому вони не потребують товстіших і міцніших?

(Під дією архімедової сили стебла водоростей досить стійко збері­гають вертикальне положення, тому міцність стебла зайва.)

3. Чому деякі рослини перед дощем «плачуть»? (Волога виділяється у зв 'язку зі зменшенням зовнішнього атмосфер­ного тиску і збільшенням у результаті цього кореневого тиску.)

4. Чи має рибина у воді вагу?

(Ні, оскільки середня густина живої рибини дорівнює густині води, в якій вона знаходиться.)

5. Крокодили іноді ковтають камінці, маса яких складає близько 1 % маси тіла тварини. Для чого вони це роблять?

(Каміння служить баластом, який дає змогу крокодилу ходити по дну водойми і швидко затягувати свою жертву під воду.)

6. Чому людина повинна вчитися плавати, а тварини відразу пла­вають, уперше ввійшовши у воду? (Тварини плавають завдяки сильному роздуванню тулуба.)

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

(Гуси і качки змащують своє пір 'я жиром зі спеціальної залози, яка міститься в куприку, що дає змогу втримати прошарок повітря, який зменшує вагу птаха. Кури не мають таких залоз.)

8. Хто краще ходить болотом — корова чи кінь? (Корова, бо вона парнокопитна: коли нога її грузне, ратиця роздво­юється і стає ширшою. При підніманні ноги ратиця звужується, під неї легко заходить повітря. Якщо з в'язкого болота витягує ногу кінь, під його копитом утворюється розрідження, і зовнішній тиск утруд­нює піднімання ноги.)

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

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

10. Як утримуються черевоногі молюски на поверхні інших тіл? (За рахунок атмосферного тиску під ногою утворюється розрі­дження.

11. Чому ми набираємо якомога більше повітря в легені під час плавання?

(Зі збільшенням об 'єму грудної клітки збільшується об 'єм води, який витісняється тілом, а отже, збільшується архімедова сила.)

12. Чому під час піднімання на високу гору нормальна діяльність суглобів порушується — руки й ноги стають «неслухняними», легко може статися вивих?

(Унаслідок розрідження повітря в горах зменшується атмосфер­ний тиск, отже, зменшується тиск на з 'єднання суглоба і він стає порівнянним з тиском у суглобовій сумці, в результаті чого нормаль­на діяльність суглоба порушується.)

V. Підсумок уроку

Ми розглянули найяскравіші приклади пристосування живих організмів до дії атмосферного тиску, архімедової сили і вагового тиску. Від цієї дії залежить будова, спосіб життя і перебіг деяких біологічних процесів усіх живих істот на Землі.

VI. Оголошення оцінок. Домашнє завдання.