Моллюск плавающий на реактивной тяге

СПАДИЛО.РУ

Теория для подготовки к блоку №3 ОГЭ по биологии: система, многообразие и эволюция живой природы.

Теория для подготовки к блоку №4 ЕГЭ по биологии: система и многообразие органического мира.

Тип Моллюски (Mollusca)

Моллюски, или мягкотелые — тип трёхслойных животных, имеющих целом (вторичную полость тела). Симметрии билатеральная, однако у многих видов в ходе онтогенеза органы смещаются, животные становятся ассиметричными.

Отличительная особенность типа – наличие мантии, кожной складки вокруг туловища. Пространство между мантией и туловищем называется мантийной полостью. Снаружи мантия покрыта известковой раковиной, которая у некоторых видов может защищать всё тело, а у других – редуцироваться до небольшой пластины. Тело животных разделяют на голову, туловище и ногу.

Известно более 100 000 видов моллюсков, размеры колеблются от 1 мм до 10 м (антарктический гигантский кальмар). В основном это водные животные. Некоторые виды ведут наземный образ жизни, предпочитая влажные места. Единого мнения о происхождении моллюсков нет, большая часть учёных считает, что их предки – кольчатые черви.

Классификация

Тип делится на два подтипа: боконервные и раковинные. К последним относятся животные с цельной или двустворчатой раковиной, образующие пять классов. В рамках школьной программы рассматривают только три из них: брюхоногие, пластинчатожаберные и головоногие.

Класс Брюхоногие (Gastropoda)

Большая часть моллюсков относится к классу брюхоногих. Класс насчитывает около 90 000 видов, которые делят на три подкласса: передне-, заднежаберные и легочные. Все легочные моллюски – обитатели суши, остальные живут в основном в морях и океанах, пресных водоёмах. Несколько видов приспособились к паразитическому существованию.

Все брюхоногие имеют цельную спирально закрученную по часовой стрелке раковину, ассиметричное тело, обособленную голову. На голове расположены глаза, щупальца, рот. Нога обычно крупная, снизу уплощена, образуя подошву. На подошве находится много слизистых желез, что помогает моллюску передвигаться по различным поверхностям.

Пищеварительная система

В пищеварительной системе брюхоногих выделяют переднюю, среднюю и заднюю кишки. Передняя кишка включает в себя ротовую полость, глотку и пищевод. В ротовой полости находятся мощные роговые челюсти. Глотка имеет толстые мышечные стенки и мускулистый «язык», на котором располагаются ряды хитиновых зубов. Такой аппарат называется радулой, что переводится как «скребок». Используя радулу как тёрку, травоядные моллюски сдирают пищевые частицы с растений, а действуя ей по принципу сверла, хищники вгрызаются в покровы других животных.

Средняя кишка состоит из желудка и нескольких петель тонкой кишки. Задняя кишка открывается в мантийную полость анальным отверстием возле головы моллюска.

Дыхательная система

Дыхательную систему образуют жабры или, в случае подкласса легочных, непарное лёгкое. Жабры могут быть двух типов: первичные и вторичные. Первичные жабры (кнетидии) сохраняются во взрослом состоянии у малого числа видов, они представляют собой тяжи с множеством перистых выростов, где прорисходит газообмен. По расположению кнетидиев разделяют подклассы переднежаберных и заднежаберных брюхоногих.

Вторичные жабры ничего общего с истинными жабрами не имеют – это просто обильно кровоснабжаемые выпячивания на теле, которые служат для газообмена.

Лёгкое есть у наземных и пресноводных брюхоногих и является видоизменённым отделом мантийной полости. Площадь поверхности лёгкого значительно увеличивается за счёт множества складок.

Кровеносная система

Кровеносная система незамкнутого типа, состоит из сердца и развитой сосудистой системы. Между приносящими и уносящими сосудами находятся не капилляры, а лакуны. Из лакун кровь собирается сперва в венозные синусы, затем – в вены.

Выделительная, нервная и половая системы

Выделительная система состоит из двух (у многих видов – одной) почек. В полость перикарда обращена почка – воронка с ресничками. Через неё продукты обмена попадают в мантийную полость.

Нервная система хорошо развита, состоит из крупных узлов (ганглиев) и стволов между ними. Такой тип нервной системы называют разбросанно-узловым. На голове находятся осязательные щупальца, глаза, обонятельные губные щупальца. Нервы от них отходят к церебральному ганглию.

Органом равновесия служат статоцисты – небольшие пузырьки с жидкостью, выстланные чувствительными клетками. В жидкости находятся твёрдые кусочки карбоната кальция, которые давят на стенки статоциста, если моллюск наклоняется.

Половая система состоит из яичника или семенника и половых протоков. Брюхоногие могут быть как раздельнополыми, так и гермафродитами. Оплодотворение перекрёстное, внутреннее. Самка откладывает яйца, из которых выходит свободноплавающая личинка – парусник.

Брюхоногие моллюски не играют большой роли в жизни человека. Несколько видов улиток традиционно использую в пищу, из пурпурной железы мурексов раньше добывали краску. Растительноядные моллюски могут повреждать листья растений и наносить серьёзный вред сельскому хозяйству. Многие брюхоногие являются промежуточными хозяевами паразитических плоских червей.

Класс Двустворчатые или Пластинчатожаберные (Bivalvia или Lamellibranchia)

Это довольно многочисленная группа насчитывает более 20 000 видов, классический представитель – беззубка (Anodonta). Размеры варьируют от 1 мм до 1,5-2 м. Обитают в пресной и морской воде.

Отличительная особенность строения – отсутствие головы. Тело состоит из ноги и туловища, заключено в двустворчатую раковину. Створки соединены упругой связкой, лигаментом, которая в состоянии покоя держит раковину раскрытой.

Мощные мышцы-замыкатели позволяют моллюску захлопывать раковину. Некоторые виды (например, морские гребешки) могут быстро перемещаться с помощью реактивной тяги, раскрывая и быстро смыкая створки. Однако большинство видов ведут прикреплённый или малоподвижный образ жизни, медленно передвигаясь с помощью ноги.

Раковина изнутри покрыта слоем перламутра. После попадания инородного тела в мантию или между мантией и раковиной, железистые клетки вокруг него выделяют перламутр. При удачном стечении обстоятельств образуется жемчужина.

У двустворчатых края мантии срастаются, между ними образуются трубчатые пространства – сифоны. У беззубки имеется два сифона, по нижнему вода попадает в мантийную полость, по верхнему – выходит из тела.

Пищеварительная система упрощена, глотка редуцирована. Желудок объёмный, в него впадают протоки печени. За желудком следует средняя кишка, затем задняя. Задняя кишка проходит насквозь через сердце и открывается в мантийную полость анальным отверстием.

Питаются двустворчатые в основном за счёт фильтрации, прогоняя воду через сифоны. Это способствует очистке водоёмов.

Дыхание жаберное. Строение жаберного аппарата разнообразно, у некоторых видов он отсутствует и дыхание осуществляется поверхностью тела.

Кровеносная система незамкнутая. Сердце трёхкамерное, состоит из желудочка и двух предсердий. У примитивных видов сохраняется два сердца.

Выделительная система образована почками. Каждая почка одним концом открывается в околосердечную сумку, другим – в мантийную полость. Также имеются перикардиальные железы, которые выводят продукты обмена в полость перикарда.

В связи с малоподвижным образом жизни, нервная система развита слабо. Состоит из трёх пар ганглиев. Головные щупальца и глаза отсутствуют, однако могут иметься многочисленные (до 100!) глазки, разбросанные вдоль края мантии. Также имеются статоцисты, органы осязания и органы химического чувства.

Половая система у подавляющего большинства двустворчатых раздельнополая. Оплодотворение происходит у самок в мантийной полости, то есть в наружной среде. Из яиц выходят личинки. У морских моллюсков личинки свободно плавают, затем оседают на дно и превращаются во взрослую особь.

Личинки пресноводных видов, к которым относятся беззубки, называются глохидии. Они являются паразитами: материнский организм выбрасывает глохидии через сифон, когда мимо проплывает рыба. Личинки прикрепляются к коже, плавникам и жабрам рыбы, затем врастают в ткани хозяина, питаясь ими. Когда рыба погибает, молодые моллюски оседают н дно, где и начинают фильтровать воду. Такой способ размножения способствует распространению моллюсков.

Двустворчатые являются мощными биофильтраторами, играют важную роль в поддержании биологического равновесия в водоёмах. Некоторые виды (мидии, устрицы) считаются деликатесами. Из других получают перламутр или жемчуг (морская и речная жемчужницы). Двухстворчатые могут наносить значительный вред, поселяясь на гидросооружениях и забивая трубы. Корабельный червь, или шашень, подтачивает деревянные сваи и лодки.

Класс Головоногие (Cephalopoda)

Класс насчитывает около 700 видов моллюсков. К нему относятся многочисленные обитатели тёплых морей: осьминоги, кальмары, каракатицы, наутилусы.

Одна часть ноги видоизменилась в щупальца с присосками, которые окружают ротовое отверстие. Два более длинных щупальца служат для ловли добычи. Другая часть ноги образует воронку, в которую моллюск засасывает воду. При резком изгнании воды создаётся реактивная тяга и животное движется.

Как и у всех моллюсков, у головоногих имеется мантия. Она мускулистая, участвует в движении вместе с воронкой.

Головоногие ведут активный образ жизни. Раковина в процессе эволюции у них исчезла, но под кожей могут находиться её остатки.

Пищеварительная система хорошо развита. Все головоногие – хищники. Они охотятся с помощью щупалец и ядовитых слюнных желёз. В глотке расположены мощные роговые челюсти, образующие клюв. С его помощью моллюск отрывает куски пищи и измельчает их.

От глотки отходит пищевод, который может образовывать зоб для накопления пищи. Желудок крупный, со множеством складок, разделён на две части. Тонкая кишка переходит в прямую, анальное отверстие открывается на брюшной стороне туловища.

В прямую кишку впадает проток чернильного мешка – эта уникальная железа вырабатывает коричнево-чёрное вещество. Когда моллюск напуган, он выпускает чернильное облако и скрывается.

Дыхание осуществляется с помощью кнетидий. Мощная мускулатура мантии обеспечивает постоянный ток воды через жабры.

Кровеносная система почти замкнутая, однако кровь всё равно течёт не через капилляры, а через лакуны. Сердце трёхкамерное, как у двухстворчатых. Усиленный ток крови вблизи жабр поддерживается сокращающимися артериями – жаберными сердцами. Кровь на воздухе становится голубого цвета, так как содержит гемоцианин.

Выделительная система состоит из 2 или 4 почек.

Нервная система гораздо совершеннее, чем у других моллюсков. Крупные церебральные ганглии сливаются в головной мозг. Через него проходит пищевод, поэтому большие куски пищи могут повредить мозг.

Органы чувств хорошо развиты. Крупные глаза по происхождению являются выростами кожи.

Половая система раздельнополая. Оплодотворение внутреннее, развитие прямое, без личиночной стадии. Забота о потомстве не характерна.

Какой способ движения у кальмаров и в чём состоит его принцип?

Не будем говорить только про кальмаров, хотя конечно эти обитатели морей самые интересные и легендарные, но просто уточним, что все головоногие моллюски используют один и тот же принцип передвижения. все они имеют специальную, так называемую мантийную полость, которая внутри граничит с телом моллюска, а снаружи ограничена мантией. Головоногие заполняют эту полость водой и потом через специальную мантийную трубочку- сифон, выпускают эту воду под давлением струйно или порциями. Давление струи воды создается усилием мышц мантийного мешка. То есть кальмары и другие моллюски используют так называемый реактивный принцип передвижения, когда жидкость или газы под давлением покидают рабочую камеру через узкое сопло и толкают ракету в противоположном направлении. Кальмары конечно не летают, но при желании могут двигаться очень быстро. По некоторым расчетам указывается что кальмары могут плыть со скоростью в 40-90 километров в час в зависимости от размера.

У таких морских обитателей, как кальмары способ движения весьма необычный и называется «реактивный». Они самые настоящие «биологические ракеты». Принцип движения кальмаров состоит в том, что они сначала засасывают воду, а потом выбрасывают её через узкое сопло (воронку).

Реактивный принцип движения можно встретить также в самолетах и ракетах. Среди живой природы — у осьминог и медуз. До сих пор ученые продолжают изучают «двигатель» кальмаров, чтобы создать подобный аналог, но без какого-либо засасывающего устройства. Кальмары же оснащены крупными нервными волокнами, которые дают высокочастотные сокращения мышц и тем самым добиваются высокой скорости передвижения (до 70 км/ч).

Очень хороший вопрос!

Думаю, что над ним рано или поздно задумывался каждый из нас.

Могу сказать, что в свое время над этим вопросом и я думала, поэтому информацию нужную мне уже знаю). Озвучу ее и вам.

Оказывается, кальмары создают себе очень оптимальные условия. Они, создавая вокруг себя мутную дымовую завесу, которая делает их практически не заметными, легко убегают от своих врагов. Кроме того, кальмары легко способны менять свой цвет, что так же важно, если он убегает от своего противника или чем-то встревожен.

Кальмары довольно быстро передвигаются за счет того, что у них обтекаемое тельце. Если вы не знали, то для вас будет неожиданностью то, что скорость кальмара может легко достигать тридцати километров в час и больше. Развивает он ее довольно быстро, а получается это за счет того, что он воду вбирает в себя, а затем с большой силой ее выбрасывает. То есть, происходит такой своеобразный «толчок», который помогает кальмару развивать нереальную скорость.

Кальмары курсируют в толще воды за счёт своих плавников, а к реактивному движению они прибегают только в самых крайних случаях.

Если например надо куда-то спешить, они перемещаются при помощи реактивной струи похожей на ракету или торпеду, т.е. они впускают воду в полость тела, а выпускают через суженную воронку, которая помогает резко изменить направление.

Точная максимальная скорость движения кальмаров неизвестна, их движения беспорядочны, некоторые кальмары выскакивают из воды на 12 м и скользят над волнами более 30 м.

Читать еще: Хурма сочная и неоднозначная

Кальмары считаются самыми быстрыми животными в океане.

По принципу реактивного движения, в природе передвигается целый ряд морских животных — осьминоги, кальмары, моллюски, каракатицы, медузы, гребешки.

Кальмары, как и другие морские обитатели, имеют обтекаемое тело, которое позволяет минимизировать сопротивление воды. Их движение может происходить несколькими способами:

кальмары не торопясь плавают при помощи плавников;
«реактивное» быстрое плавание «задом наперед». Суть: набирают воду в мантийную полость, затем резко выпускают её через трубку-сифон в нужном направлении;
в редких случаях передвигаются по дну ощупывая его поверхность в поисках пищи, используют при этом мускулатуру, плавники, щупальцы.

При быстром передвижении все 10 щупалец (2 из них длиннее других) складываются в один пучок и помогают регулировать направление движения. Благодаря высокой скорости они могут выпрыгивать из воды.

Обычный способ движения кальмаров-за счёт плавников. В исключительных ситуациях они используют «реактивное» движение.

Морской кальмар в некотором роде уникальный представитель животного мира.

Плавать он может в спокойном состоянии, используя ромбовидный плавни, идущий вдоль всего тела.

Но если кальмару нужно плыть быстро, убегая от опасности или сделать бросок, чтобы захватить жертву, то он использует реактивный способ движения.

Хотя и некоторые другие обитатели моря тоже используют реактивный способ, к примеру, морские гребешки, медузы, личинки стрекозы — коромысла, но у них у всех движение осуществляется толчками, дискретно.

А вот кальмару не требуется времени, чтобы, так сказать, перезагрузить свой механизм движения. Это достигается большой толщиной нервных волокон и невероятной скоростью прохождения по нему нервного импульса.

У рекордсмена среди кальмаров чилийского трёхметрового дозидикуса нервные волокна имеют толщину до 18 миллиметров, а плавает этот кальмар и 90 километров в час.!

Этому способствует и отличная с точки зрения гидродинамика форма тела кальмара, его даже называют «живая торпеда».

Но кальмар и на вкус замечательный, кому не понравится салат морской с кальмарами и морской капустой?

БИОФИЗИКА: РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Предлагаю читателям зелёных страничек заглянуть в увлекательный мир биофизики и познакомиться с основными принципами реактивного движения в живой природе. Сегодня в программе: медуза корнерот – самая крупная медуза Чёрного моря, морские гребешки, предприимчивая личинка стрекозы-коромысла, восхитительный кальмар с его непревзойдённым реактивным двигателем и замечательные иллюстрации в исполнении советского биолога и художника-анималиста Кондакова Николая Николаевича.

По принципу реактивного движения в живой природе передвигается целый ряд животных, например медузы, морские моллюски гребешки, личинки стрекозы-коромысла, кальмары, осьминоги, каракатицы… Познакомимся с некоторыми из них поближе 😉

Реактивный способ движения медуз

Медузы – одни из самых древних и многочисленных хищников на нашей планете! Тело медузы на 98% состоит из воды и в значительной части составлено из обводнённой соединительной ткани – мезоглеи, функционирующей как скелет. Основу мезоглеи составляет белок коллаген. Студенистое и прозрачное тело медузы по форме напоминает колокол или зонтик (в диаметре от нескольких миллиметров до 2,5 м). Большинство медуз двигаются реактивным способом, выталкивая воду из полости зонтика.

Медузы Корнероты (Rhizostomae), отряд кишечнополостных животных класса сцифоидных. Медузы (до 65 см в диаметре) лишены краевых щупалец. Края рта вытянуты в ротовые лопасти с многочисленными складками, срастающимися между собой с образованием множества вторичных ротовых отверстий. Прикосновение к ротовым лопастям может вызвать болезненные ожоги, обусловленные действием стрекательных клеток. Около 80 видов; обитают преимущественно в тропических, реже в умеренных морях. В России – 2 вида: Rhizostoma pulmo обычен в Чёрном и Азовском морях, Rhopilema asamushi встречается в Японском море.

Реактивное бегство морских моллюсков гребешков

Морские моллюски гребешки, обычно спокойно лежащие на дне, при приближении к ним их главного врага – восхитительно медлительной, но чрезвычайно коварной хищницы – морской звезды – резко сжимают створки своей раковины, с силой выталкивая из неё воду. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, они всплывают и, продолжая открывать и захлопывать раковину, могут отплывать на значительное расстояние. Если же гребешок по какой-то причине не успевает спастись своим реактивным бегством, морская звезда обхватывает его своими руками, вскрывает раковину и поедает…

Морской Гребешок (Pecten), род морских беспозвоночных животных класса двустворчатых моллюсков (Bivalvia). Раковина гребешка округлая с прямым замочным краем. Поверхность её покрыта расходящимися от вершины радиальными ребрами. Створки раковины смыкаются одним сильным мускулом. В Чёрном море обитают Pecten maximus, Flexopecten glaber; в Японском и Охотском морях – Mizuhopecten yessoensis (до 17 см в диаметре).

Реактивный насос личинки стрекозы-коромысла

Нрав у личинки стрекозы-коромысла, или эшны (Aeshna sp.) не менее хищный, чем у её крылатых сородичей. Два, а иногда и четыре года живёт она в подводном царстве, ползает по каменистому дну, выслеживая мелких водных обитателей, с удовольствием включая в свой рацион довольно-таки крупнокалиберных головастиков и мальков. В минуты опасности личинка стрекозы-коромысла срывается с места и рывками плывёт вперёд, движимая работой замечательного реактивного насоса. Набирая воду в заднюю кишку, а затем резко выбрасывая её, личинка прыгает вперёд, подгоняемая силой отдачи. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, личинка стрекозы-коромысла уверенными толчками-рывками скрывается от преследующей её угрозы.

Реактивные импульсы нервной «автострады» кальмаров

Во всех, приведённых выше случаях (принципах реактивного движения медуз, гребешков, личинок стрекозы-коромысла), толчки и рывки отделены друг от друга значительными промежутками времени, следовательно большая скорость движения не достигается. Чтобы увеличилась скорость движения, иначе говоря, число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которые возбуждают сокращение мышц, обслуживающих живой реактивный двигатель. Такая большая проводимость возможна при большом диаметре нерва.

Известно, что у кальмаров самые крупные в животном мире нервные волокна. В среднем они достигают в диаметре 1 мм – в 50 раз больше, чем у большинства млекопитающих – и проводят возбуждение они со скоростью 25 м/с. А у трёхметрового кальмара дозидикуса (он обитает у берегов Чили) толщина нервов фантастически велика – 18 мм. Нервы толстые, как верёвки! Сигналы мозга – возбудители сокращений – мчатся по нервной «автостраде» кальмара со скоростью легкового автомобиля – 90 км/ч.

Благодаря кальмарам, исследования жизнедеятельности нервов ещё в начале 20 века стремительно продвинулись вперёд. «И кто знает, – пишет британский натуралист Фрэнк Лейн, – может быть, есть сейчас люди, обязанные кальмару тем, что их нервная система находится в нормальном состоянии…»

Быстроходность и манёвренность кальмара объясняется также прекрасными гидродинамическими формами тела животного, за что кальмара и прозвали «живой торпедой».

Кальмары (Teuthoidea), подотряд головоногих моллюсков отряда десятиногих. Размером обычно 0,25-0,5 м, но некоторые виды являются самыми крупными беспозвоночными животными (кальмары рода Architeuthis достигают 18 м, включая длину щупалец).
Тело у кальмаров удлинённое, заострённое сзади, торпедообразное, что определяет большую скорость их движения как в воде (до 70 км/ч), так и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту до 7 м).

Реактивный двигатель кальмара

Реактивное движение, используемое ныне в торпедах, самолётах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, каракатицам, кальмарам. Наибольший интерес для техников и биофизиков представляет реактивный двигатель кальмаров. Обратите внимание, как просто, с какой минимальной затратой материала решила природа эту сложную и до сих пор непревзойдённую задачу 😉

В сущности, кальмар располагает двумя принципиально различными двигателями (рис. 1а). При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся в виде бегущей волны вдоль корпуса тела. Для быстрого броска кальмар использует реактивный двигатель. Основой этого двигателя является мантия – мышечная ткань. Она окружает тело моллюска со всех сторон, составляя почти половину объёма его тела, и образует своеобразный резервуар – мантийную полость – «камеру сгорания» живой ракеты, в которую периодически засасывается вода. В мантийной полости находятся жабры и внутренние органы кальмара (рис. 1б).

При реактивном способе плавания животное производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель внутрь мантийной полости из пограничного слоя. Мантийная щель плотно «застёгивается» на специальные «запонки-кнопки» после того как «камера сгорания» живого двигателя наполнится забортной водой. Расположена мантийная щель вблизи середины тела кальмара, где оно имеет наибольшую толщину. Сила, вызывающая движение животного, создаётся за счёт выбрасывания струи воды через узкую воронку, которая расположена на брюшной поверхности кальмара. Эта воронка, или сифон, – «сопло» живого реактивного двигателя.

«Сопло» двигателя снабжено специальным клапаном и мышцы могут его поворачивать. Изменяя угол установки воронки-сопла (рис. 1в), кальмар плывёт одинаково хорошо, как вперёд, так и назад (если он плывет назад, – воронка вытягивается вдоль тела, а клапан прижат к её стенке и не мешает вытекающей из мантийной полости водяной струе; когда кальмару нужно двигаться вперёд, свободный конец воронки несколько удлиняется и изгибается в вертикальной плоскости, её выходное отверстие сворачивается и клапан принимает изогнутое положение). Реактивные толчки и всасывание воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.

1а) кальмар – живая торпеда; 1б) реактивный двигатель кальмара; 1в) положение сопла и его клапана при движении кальмара назад и вперёд.

На забор воды и её выталкивание животное затрачивает доли секунды. Засасывая воду в мантийную полость в кормовой части тела в периоды замедленных движений по инерции, кальмар тем самым осуществляет отсос пограничного слоя, предотвращая таким образом срыв потока при нестационарном режиме обтекания. Увеличивая порции выбрасываемой воды и учащая сокращения мантии, кальмар легко увеличивает скорость движения.

Реактивный двигатель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже 150 км/ч!

Инженеры уже создали двигатель, подобный реактивному двигателю кальмара: это водомёт, действующий при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя. Почему же реактивный двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров и является объектом тщательных исследований биофизиков? Для работы под водой удобно иметь устройство, работающее без доступа атмосферного воздуха. Творческие поиски инженеров направлены на создание конструкции гидрореактивного двигателя, подобного воздушно-реактивному…

Кондаков Николай Николаевич (1908–1999) – советский биолог, художник-анималист, кандидат биологических наук. Основным вкладом в биологическую науку стали выполненные им рисунки различных представителей фауны. Эти иллюстрации вошли во многие издания, такие как Большая Советская Энциклопедия, Красная книга СССР, в атласы животных и в учебные пособия.

Акимушкин Игорь Иванович (01.05.1929–01.01.1993) – советский биолог, писатель – популяризатор биологии, автор научно-популярных книг о жизни животных. Лауреат премии Всесоюзного общества «Знание». Член Союза писателей СССР. Наиболее известной публикацией Игоря Акимушкина является шеститомная книга «Мир Животных».

Материалы этой статьи полезно будет применить не только на уроках физики и биологии, но и во внеклассной работе.
Биофизический материал является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся, для превращения абстрактных формулировок в нечто конкретное и близкое, затрагивающее не только интеллектуальную, но и эмоциональную сферу.

Литература:
§ Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ § Акимушкин И.И. Приматы моря
Москва: издательство «Мысль», 1974
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988

Реактивное движение в природе и технике (стр. 1 из 2)

Реактивное движение в природе и технике

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

Реактивное движение — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивного движения в природе

Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае, в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно так передвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

Реактивное движение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами, каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок.

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Сальпа — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Резкий поворот руля – и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул он конец воронки назад и скользит теперь головой вперед. Выгнул ее вправо – и реактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед, как бежал бы рак – скороход, наделенный резвостью скакуна.

Читать еще: Соленые зеленые огурцы в банках как бочковые

Если спешить не нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, – миниатюрные волны пробегают по ним спереди назад, и животное грациозно скользит, изредка подталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошо заметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяных струй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пяти километров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этом можно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие, оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков – кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его – флайинг-сквид («летающий кальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников – тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.
Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минуты и они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующего краба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже при съемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросок длился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно. Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вперед (вернее, назад, так как осьминог плывет задом наперед) на два – два с половиной метра.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Применение реактивного движения в технике

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты — бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статья преподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Понятие реактивного движения и реактивной тяги

Реактивное движение (с точки зрения, примеров в природе) — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Принцип реактивного движения основан на законе сохранения импульса изолированной механической системы тел:

То есть суммарный импульс системы частиц есть величина постоянная. При отсутствии внешних воздействий импульс системы равен нулю и изменить его возможно изнутри за счет реактивной тяги.

Реактивная тяга (с точки зрения, примеров в природе) — сила реакции отделяющихся частиц, которая приложена в точке центра истечения (у ракеты — центр среза сопла двигателя) и направлена противоположно вектору скорости отделяющихся частиц.

— масса рабочего тела (ракеты)

— общее ускорение рабочего тела

— скорость истечения отделяющихся частиц (газов)

— ежесекундный расход топлива

Примеры реактивного движения в неживой природе

Реактивное движение можно обнаружить и в мире растений. В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием «бешеный огурец».

Латинское название рода Ecballium происходит от греческого слова со значением — выбрасываю, по устройству плода, выбрасывающего семена.

Плоды бешеного огурца сизо-зелёные или зелёные, сочные, продолговатые или продолговато-яйцевидные, длиной 4—6 см, шириной 1,5—2,5, щетинистые, на обоих концах тупые, многосемянные (рис 1). Семена удлинённые, мелкие, сжатые, гладкие, узко-окаймленные, длиной около 4 мм. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом, в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отделяется от плодоножки, а семена вместе со слизью с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м (рис 2).

Примеры реактивного движения в животном мире

Морские животные

Многие морские животные пользуются для передвижения пользуются реактивным движением, среди них медузы, морские гребешки, осьминоги, кальмары, каракатицы, сальпы, некоторые виды планктона. Все они используют реакцию выбрасываемой струи воды, отличие состоит в строении тела, а следовательно в способе забора и выброса воды.

Морской моллюск-гребешок (рис 3) движется за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок. Он применяет этот вид движения в случае опасности.

Каракатицы (рис 4) и осьминоги (рис 5) забирают воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны. Осьминоги, складывая щупальца над головой, придают своему телу обтекаемую форму и могут таким образом управлять своим движением, изменяя его направление.

Осьминоги даже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.

Сальпа (рис 6) — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается и вода через заднее отверстие выталкивается наружу.

Кальмары (рис 7). Мышечная ткань — мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен и способен развивать скорость до 60 — 70 км/ч. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед.

Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя (см. Приложение).

Лучший пилот среди моллюсков — кальмар стенотевтис. Моряки называют его — «летающий кальмар». Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников — тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров — не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Читать еще: Лучший шоколад в мире

Насекомые

Подобным образом перемещаются и личинки стрекоз. Причём не все, а длиннобрюхие, активно плавающие личинки стоячих (сем. Коромысла) и текучих (сем. Кордулегастры) вод, а также короткобрюхие ползающие личинки стоячих вод. Реактивное движение личинка использует главным образом в минуту опасности для того, чтобы быстро переместиться на другое место. Такой способ передвижения не предусматривает точного маневрирования и не пригоден для погони за добычей. Но личинки коромысел и не гоняются ни за кем — они предпочитают охоту из засады.

Задняя кишка личинки стрекозы, помимо своей основной функции, выполняет еще и роль органа движения. Вода заполняет заднюю кишку, затем с силой выбрасывается, и личинка перемещается по принципу реактивного движения на 6-8 см.

Реактивное движение в природе

Реактивное движение: сохранение импульса изолированной механической системы тел как сущность и принцип его возникновения. Примеры реактивного движения в природе и технике: «бешеный» огурец, морские животные, насекомые. Конструкция водометного двигателя.

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации

Реактивное движение в природе

Выполнил: Сибина Т.В.

учебная группа М-12

Проверил: Кресан И.В.

1. Понятие реактивного движения и реактивной тяги

2. Примеры реактивного движения в неживой природе

3. Примеры реактивного движения в животном мире:

а) морские животные

5. Список литературы

1. Понятие реактивного движения и реактивной тяги

— масса рабочего тела (ракеты)

— общее ускорение рабочего тела

— скорость истечения отделяющихся частиц (газов)

— ежесекундный расход топлива

2. Примеры реактивного движения в неживой природе

3. Примеры реактивного движения в животном мире:

а) Морские животные

реактивный движение природа техника

Конструкция водометного двигателя

Корпус водовода служит для забора воды и подачи ее на лопасти импеллера.

В передней части водовод имеет гнездо для крепления опорного узла гребного вала; в противоположной части водовода имеется фланец для крепления обечайки импеллера. Водовод крепится к транцу катера. Защитная решетка предотвращает повреждение импеллера посторонними предметами. Для очистки водомета служит смотровой лючок.

Импеллер (гребной вал) передним концом опирается на подшипники опорного узла.

Крутящий момент на импеллер передается через штифт предохранительной муфты.

Герметичность полости подшипников обеспечивают манжеты, а так же прокладка.

На заднем конце гребного вала установлены: обтекатель, импеллер, втулка с пружинной шайбой и гайкой.

Втулка скольжения вращается в резинометаллическом подшипнике спрямляющего аппарата (втулка Гудрича), запрессованного в бронзовую втулку спрямляющего аппарата.

Резинометаллический подшипник работает только в водной среде

Управление катером с водометом

Управление катером осуществляется изменением направления струи, выбрасываемой из сопла. При движении катера вперед рулевое перо стоит параллельно килю. Для поворота катера влево или вправо достаточно повернуть рулевое колесо в соответствующую сторону на угол НЕ БОЛЕЕ

Для включения заднего хода достаточно повернуть рулевое колесо против часовой стрелки на 1 оборот (360?). При этом струя воды, выходящая из сопла, перекрывается рулевым пером и, отражаясь, уходит под днище катера по боковым каналам заднего хода.

В зависимости от степени перекрытия струи рулевым пером происходит маневрирование катера или на заднем ходу.

Стационарный двигатель для водомета

Водомет устанавливается на катерах и лодках оснащенных стационарным двигателем.

Основными требованиями к стационарным двигателям работающим с водометным движителем являются:

мощность от 100 л.с. до 150 л.с.;

диапазон оборотов вала 3700-4200 об/мин;

крутящий момент на валу, макс, 290 н.м.

1. Купов А., Виноградов А. «Реактивное движение в природе и технике»

2. Большая Российская энциклопедия, 1999 с 456,476-477

3. Флора СССР в 30 томах. Издательство Академии Наук СССР, 1957 Т 24, с 109-110

4. Интернет-энциклопедия «Википедия»

5. Билимович Б.Ф. «Физические викторины»

Подобные документы

Движение, возникающее при отделении от тела со скоростью какой-либо его части. Использование реактивного движения моллюсками. Применение реактивного движения в технике. Основа движения ракеты. Закон сохранения импульса. Устройство многоступенчатой ракеты.

реферат [1,4 M], добавлен 02.12.2010

Реактивное движение — движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. История создания реактивного двигателя, его основные элементы и принцип работы. Физические законы Циолковского, устройство ракеты-носителя.

презентация [1,0 M], добавлен 20.02.2012

Реактивное движение, его применение: двигатели, оружие; проявление закона сохранения импульса тела при запуске многоступенчатой ракеты. История создания реактивной техники К.Э. Циолковским, Ю.А. Гагариным, С.П. Королевым. Реактивное движение в природе.

реферат [93,1 K], добавлен 08.08.2011

Импульс тела и силы. Изучение закона сохранения импульса и условий его применения. Исследование истории реактивного движения. Практическое применение принципов реактивного движения тела в авиации и космонавтике. Характеристика значения освоения космоса.

презентация [629,8 K], добавлен 19.12.2012

Принципы реактивного движения, которые находят широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Первый проект пилотируемой ракеты с пороховым двигателем известного революционера Кибальчича. Устройство ракеты-носителя. Запуск первого спутника.

презентация [1,3 M], добавлен 23.01.2015

Процессы, которые происходят при взаимодействии тел. Закон сохранения импульса, условия применения. Основа вращения устройства «сигнерова колеса». История проекта ракеты с пороховым двигателем. Технические характеристики корабля-спутника «Восток-1».

презентация [439,5 K], добавлен 06.12.2011

Реактивное движение среди растительного и животного мира. Примеры ракетных двигателей. Применение ракет в военном деле, в научных и метеорологические исследования, для нужд космонавтики, в любительских и профессиональных целях, в ракетных автомобилях.

презентация [4,2 M], добавлен 30.09.2012

Понятие и характеристики реактивного двигателя. Космическая ракета — летательный аппарат, двигающийся за счёт реактивной силы. Рассмотрение принципа движения кальмара. Исследование К.Э. Циолковского. Действие продуктов сгорания углеводородного топлива.

презентация [3,8 M], добавлен 07.11.2014

Знакомство с основными особенностями реактивного движения. Рассмотрение первых пороховых фейерверочных и сигнальных ракет. Кальмар как наиболее крупный беспозвоночный обитатель океанских глубин. Общая характеристика конструкции космической ракеты.

презентация [62,6 M], добавлен 20.01.2017

Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Законы динамики, проявление закона сохранения импульса в природе и использование его в технике. Закон всемирного тяготения. Превращение энергии при механических колебаниях. Закон Бойля–Мариотта.

шпаргалка [243,2 K], добавлен 14.05.2011