Đề tài Vật lý trong thế giới các sinh vật

Trường THCS phú thuỷ ******************************* Vật lý Trong thế giới sinh vật @@@&??? Mai Thuỷ, 22/4/2007 Lời nói đầu Trong cuộc sống trong ta khi gặp một sự vật, hiện tượng gì. Để thoả tính tò mò chúng ta không ngừng đặt ra câu hỏi : Tại sao? Khi giải đáp được câu hỏi mình càng hiểu biết nhiều hơn. Những định luật Vật lý không những chỉ áp dụng cho những thiết bị máy móc mà còn thể hiện trong các hiện tượng của thế giới sinh vật. Tuy nhiên trong thế giới của sự sống, nhiều định luật vật lý không thể hiện rõ nét, do đó chỉ quan sát bằng cặp mắt kinh nghiệm mới ghi nhận được chúng. Để đáp ứng sự ham học hỏi và tính tò mò của các em tôi biên soạn cuốn sách nhỏ này giúp các em hiểu biết thêm về việc vận dụng kiến thức vật lý trong cuộc sống. Trước khi hiểu rõ vấn đề các em nên tự tìm câu trả lời cho mình sau đó đối chiếu với phần giải đáp để kiểm tra câu trả lời của mình. Mai Thuỷ 18/4/2007 Gv: Trần Đức Tiến Vật lý trong thế giới sinh vật Phần I. Cơ học Tại sao khi nhổ cỏ dại không nên dứt quá đột ngột? Tại sao trước khi nhảy người ta nhún xuống 1 chút? Tại sao chạy lấy đà trước, ta lại nhảy được xa hơn là đứng tại chỗ nhảy ngay? Tại sao diễn viên xiếc ngồi trên ngựa đang phi nhanh, nhảy lên cao, khi rơi xuống lại vẫn đúng vào yên ngựa? Một số cây họ đậu đã lợi dụng quán tính để phát tán hạt như thế nào? Có nhiều động vật khi ở dưới nước lên đều làm động tác rũ nước. Các động vật đó áp dung định luật nào của vật lý? Tại sao trong lúc bay, cánh con bướm lại vỗ chậm hơn cánh con ong? Tại sao các côn tùng nhỏ bé rơi từ trên cao xuống hoàn toàn không việc gì còn các động vật lớn sẽ chết? Con sóc cần cái đuôi lớn để làm gì? Tại sao khi bơi thuyền ngưòi ta lại làm thêm động tác gõ mõ? Trong lúc bơi nhanh có 1 số cá ép vây vào thân mình nhằm mục đích gì? Tại sao khó cầm đựơc con cá sống trong tay? Vì sao con cá Heo bơi rất nhanh? Các loài cá nhỏ ở biển thường bơi thành từng đàn hình cầu. Tại sao? Vì sao các loài chim di cư từng đàn khi bay chúng xếp hình chữ V? Tại sao về mùa hè gió mạnh gãy cây nhiều hơn so với mùa đông? Màng ở chân Vịt hay Ngỗng có tác dụng gì? Với lực bằng bao nhiêu mà mầm Ngô chui được từ dưới đất lên? Khi đốt người con muỗi đã thực hiện 1 công là bao nhiêu? Tại sao khi đi lên dốc chúng ta thấy rất mệt? Đôi chân nhảy của châu chấu to và dài.Vì sao? Tại sao khi nhảy xa ta thường vung tay ra phía trước? Tại sao duỗi tay không thể mang 1 vật năng như khi co tay? Khi ta xách thùng nước tại sao phải nghiêng mình về phía bên kia đồng thời dang tay kia ra? Khi đứng hay ngồi thì vững hơn? Tại sao con rùa bị lật ngữa thì không thể tự lật lại được? Trong hai trường hợp nào người ta thực hiện 1 công lớn hơn. Khi bước ngắn hay khi bước dài? Người diễn viên xiếc đi trên dây cần nắm 1 cây sào dài nhằm mục đích gì? Ngoài đồng trống cây thường ít đổ hơn khi có gió. Tại sao? Tại sao khi trượt tuyết xuống núi vận động viên phải cúi khom nguời xuống? Vì sao các loài cá sống sâu ở dưới biển khi ta đưa lên bờ thì các cơ quan bên trong của cá bị phồng lên? Tại sao cá sống trong bể nuôi thỉnh thoảng lại bơi lên mặt nước? Tại sao các cây sống ở môi trường trong nước có thân mềm? Không khí tác dụng lên cơ thể ta 1 lực là bao nhiêu? áp suất khí do chúng ta thở ra và hít vào lớn hơn áp suất khí quyển là bao nhiêu? Tại sao khi ở trên núi cao cử động các khớp khó? Vì sao khi lên cao cơ thể có cảm giác đau nhức? Tại sao khi ở trên núi cao ta cảm thấy đau trong tai? Xương người bị nén bền vững đến mức độ nào? Tại sao khi ở biển người nổi trên mặt nước dễ dàng hơn so với khi ở sông? Tại sao các loài chim, vịt khi xuống nước lại nổi? Chân con nhện không có các sợ cơ tuy thế nhện không những chạy nhanh mà còn nhảy được.Tại sao? Tại sao con chim rơi xuống giếng thì không thể bay lên được? Tiếng kêu của con Dế sinh ra như thế nào? tại sao ở trong rừng lại khó xác định được nguồn phát ra âm thanh? Tại sao ở cửa rừng nghe tiếng vọng rất rõ? Tại sao con dơi bay trong đêm tối dù rất nhanh nhưng vẫn không va chạm vào các vật khác? Hai túi lớn nằm bên mang tai con ếch có tác dụng gì? Vành tai nhiều động vật cử động được có ý nghĩa gì? ******************************************** Giải đáp. Khi nhổ cỏ đột ngột thì rễ cỏ và thân chưa kịp chuyển động, lá đã bị đứt. Rễ và thân vẫn còn nên cỏ mọc lại. Trước khi nhảy người ta khom người xuống, để tăng thêm quảng đường trên đó lực đẩy của chân tác dụng, nhờ thế mà tăng thêm được vận tốc cuối cùng của thân. Trong trường hợp này chuyển động theo quán tính được cộng thêm vào chuyển động xuất hiện khi dùng chân đẩy người lên khỏi mặt đất. Diễn viên xiếc, sau khi rời khỏi mình ngựa vẫn tiếp tục chuyển động theo quan tính với vận tốc ban đầu, vì vậy mà vẫn rơi vào đúng yên ngựa. Quả đậu khi chính đã nhanh chóng tách ra mà mở theo đường cong đồng thời theo quán tính hạt trong quả văng ra mọi phía theo tiếp tuyến. Định luật quán tính. Vì khối lượng cánh bướm lớn hơn cánh ong nên ong vỗ cánh nhiều hơn bướm. Trọng lượng con vật tỷ lệ với lập phương kích thước cơ thể, còn diện tích tỷ lệ với bình phương. Lực cản không khí phụ thuộc vào diện tích vật rơi. Vì vậy các con vật nhỏ bé khi rơi chịu 1 lực cản lớn hơn so với vật lớn vì có diện tích cơ thể nhỏ. Ngoài ra khi tiếp xúc với vật cản thì vật lớn có quán tính lớn hơn nên phần trên đè xuống phần dưới gây ra áp suất lớn. Con sóc nhảy được xa là nhờ cái đuôi giữ thăng bằng cho nó. Khi bơi thuyền người ta làm động tác gõ mõ nhằm tạo ra sự cộng hưởng giữa nhịp chầm của người bơi với thuyền giúp thuyền lướt nhanh hơn. Cá ép vây vào sát thân mình nhằm làm giảm lực ma sát trong khi bơi. Ma sát cá trên tay mình nhỏ nên cá dễ tuột khỏi tay. Cá heo bơi nhanh được là nhờ cấu tạo đặt biệt của thân nó. Lớp da nhờn và trơn bóng lại có tính đàn hồi cao. Đàn cá chuyển động trong tư thế 1 hình cầu nhằm giảm lực cản của nước lên chúng. Sự vỗ cánh của con chim đầu đàn tạo ra một sóng không khí, sóng này mang theo năng lượng và làm cho đôi cánh con chim yếu nhất, thường bay ở phía sau vân động dễ dàng hơn. Chính vì thế chim bay từng đàn có hình chữ V. Về mùa hè lá cây nhiều hơn một số cây có trọng tâm cao nên dễ bị đổ gãy. Muốn chuyển động nhanh về phía trước thì cần đẩy lại phía sau 1 lượng nước lớn. Khi chuyển động về phía trước chân khép lại giảm lực cản. Khi chuyển động về phia sau thì nó xoè rộng bàn chân ra để đẩy đủ nước do đó con vật chuyển động về phía trước. Mầm cây phải đạt một lực 2,5N để xuyên thủng lớp đất phía trên. Công con muổi tạo ra khi đốt người xấp xỉ bằng 10-7J Đi trên đường thẳng chúng ta dùng lực cơ để thắng lực ma sát và lực cản không khí. Khi đi lên dốc, không những phải thắng các lực này mà còn cả 1 phần trọng lượng cơ thể nữa. Những cơ của con châu chấu không sinh ra được lực lớn vì thế để nhảy được xa mà điều này đòi hỏi châu chấu phải tích luỹ nhiều năng lượng thì con châu chấu phải dùng đến cái càng dài . Vung tay đã truyền 1 vận tốc phụ cho cơ thể góp phần đưa vận tốc toàn bộ cơ thể tăng lên. Khi tay duỗi ra thì hướng tác dụng của lực cơ tạo thành 1 góc nhỏ. Vì vậy không thể cầm nắm được vật có trọng lượng lớn được. Nếu một người xách vật nặng bên phía phải thì trọng tâm sẽ lệch về phía đó. Nghiêng về phía trái và giơ tay trái ra thì người đó chuyển trọng tâm sang trái. Kết quả trọng tâm không bị chuyển vào hướng bất lợi. Khi một người ngồi trọng tâm thấp hơn khi đứng. Vì vậy khi ngồi thì tư thế càng vững. Con rùa nằm ngửa giống như hình cầu phân nặng đặt ngửa. Hình cầu phân này nằm rất vững vàng để lật lại cần nâng trọng tâm lên cao. Nhiều con rùa không thể nâng trọng tâm lên cao đủ để lật ngược lại nên đã phải nằm ngữa mà chết. Khi một người đi bước ngắn công thực hiện nhỏ hơn bởi vì chỉ cần nâng trọng tâm người lên thấp. Nghệ sĩ xiếc cầm cái sào dài mục đích giúp họ giữ thăng bằng dễ dàng trên dây. Trong bóng râm của rừng các cành cây phía dưới bị tàn úa đi và tán cây ở phía trên và do đó trọng tâm của cây ở cao. Khi có gió mạnh thì dễ đổ. Còn các cây ở nơi trống trải thì tán cây xoè rộng ở thấp nên trọng tâm cũng thấp hơn do đó khá bền vững. Khi vận động viên trượt tuyết khom người xuống thì trọng tâm cũng hạ thấp xuống nên ở tư thế vững vàng hơn. ở dưới sâu áp suất thuỷ tĩnh rất lớn áp suất này được cân bằng nhờ áp suất ở bên trong cơ thể cá. Khi lên bờ thì áp suất bên ngoài nhỏ hơn áp suất bên trong nên tạo ra sự chênh lệch áp suất làm cho các bộ phận của cơ thể cá phình to. Cá bơi lên lớp nước ở phía trên bởi vì ở lớp nước này tiếp xúc với không khí nên lượng ôxi nhiều. Cây sống ở dưới nước không cần thân cứng bởi vì chúng nhờ nước đỡ chúng. Ngoài ra nếu thân cứng thì nước khi chuyển động có thể làm gãy thân. Lực tác dụng lên mỗi cm2 chừng 10N thì toàn cơ thể sẽ gần bằng 200.000N. Không khí do chúng ta thở ra có áp suất so với áp suất khí quyển lớn hơn 0,001 at. Khi thổi (bằng mồm) chúng ta có thể nén không khí đến 1 độ lớn hơn áp suất khí quyển tới 0,1 at. áp suất khí quyển làm cho các khớp khít chặt nhau hơn. Lên cao áp suất khí quyển giảm đi nhiều cũng làm cho độ liên kết của khớp cũng giảm do đó dễ dẫn đến trẹo khớp. Trong cơ thể của con người có 1 số bộ phận cơ thể có chứa khí. Khi ở trạng thái bình thường áp suất trong cơ thể cân bằng với áp suất khí quyển nhưng khi lên cao áp suất bên ngoài khí quyển giảm tạo ra sự chênh lệch áp suất. Không khí bên trong cơ thể nở ra ép lên các bộ phận khác gây đau. Khi bị đưa nhanh lên cao áp suất phía trong tai chưa cân bằng với áp suất khí quyển. Màng tai lúc ấy bị đẩy ra ngoài vì vậy cảm thấy đau tai. Xương đùi đặt thẳng đứng có thể chịu được một sức ép nặng nữa tấn. Khối lượng riêng nước biển lớn hơn khối lượng riêng nước sông nên khi ở biển theo định luật ác- si – mét thì nước biển đẩy cơ thể lên với 1 lực lớn hơn. Lớp lông dày che phủ toàn thân các loài chim bơi được dưới nước, vịt không thấm nước và chứa một lượng lớn không khí. Nhờ đó mà thân chim ở dưới nước có trọng lượng riêng nhỏ và không bị chìm vào trong nước. Người ta xác định các chi của nhện có tác dụng giống như bộ phận truyền chuyển động dùng sức nước, mà máu đong vai trò chất lỏng. Chim không thể bay lên theo đường thẳng đứng được nên khi rơi xuống giếng chim không thể bay lên. Tiếng kêu sinh ra do sự cọ xát của chân vào cán. ở chân côn trùng này có nhiều khe, ở cánh có nhiều gai mốc. ở trong rừng tai tiếp nhận nhiều nguồn âm khác nhau, âm phát ra và cả âm dội lại nên gây nhiễu khó xác định được gốc của âm. Những cây mọc ở rìa của rừng và núi được coi như những gương phản xạ sóng âm. Chính nhờ điều này nên ta nghe rõ âm dội ở rìa rừng. Con dơi phát ra những âm khác nhau song hầu hét nằm ngoài ngưỡng nghe của tai người. Trong khi bay dơi phát ra 1 sóng siêu âm. Trên đường truyền nếu gặp 1 vật gì đó sóng này sẽ truyền phản xạ lại, sóng này được dơi tiếp nhận. Nhờ đó mà dơi biết được có vật cản nên tránh. Các túi hình cầu ở con ếch phồng lên lúc kêu là cơ quan cộng hưởng dùng để khuếch đại tiếng kêu. Nhờ cử động của vành tai mà con vật có khả năng định hướng được nguồn gốc của âm. phần ii. Nhiệt học Khi ta quan sát 1 giọt máu dưới kính hiển vi, ta thấy trong dung dịch không màu có những hồng cầu. Chúng không đứng im mà chuyển động hỗn loạn. Hãy giải thích hiện tượng đó? Muối cà chua, dưa chuột, cải bắp và các loại rau quả khác là dựa vào hiện tượng vật lý nào? Tại sao từ xa ra ngửi thấy mùi thơm nước hoa? Hồng cầu có đường kính bao nhiêu? Có bao nhiêu hồng cầu trong 1 cm3 máu? Thân nhiệt bình thường của người và gia súc là bao nhiêu? Vào ban đêm tại nơi đất có cây cối che phủ thì nhiệt độ cao hơn nơi đất trống? Tại sao những con vịt vào mùa đông lại thích xuống nước? Thân nhiệt con gấu có hạ xuống khi chúng ngũ Đông không? Tại sao trong các căn phòng lạnh thì đôi chân bị lạnh trước tiên? Tại sao vườn cây không nên làm ở những nơi đất thấp? Bằng cách nào mà những con cá voi, hải cẩu, hải báo sống trong những vùng nước quanh năm có băng, thường xuyên giữ được thân nhiệt cao(380 - 390) Những con hươu phương bắc không bị cóng ngay cả khi trời rất lạnh? Cái gì đã bảo vệ chúng? Vịt trời đã tự sưởi ấm như thế nào khi giá lạnh? ý nghĩa của lớp bần trên cây cổ thụ? Tại sao những sinh vật nhỏ cần có phương tiện chống mất nhiệt lớn hơn những sinh vật lớn? Tại sao những lớp băng mỏng gây nguy hại cho cây? Vào lúc lạnh buốt chim thường xù lông. Vì sao? Tại sao động vật xứ lạnh có bộ lông dày hơn động vật xứ nóng? Tại sao mắt chúng ta không cảm thấy lạnh? Vào lúc nóng bức mặt người đỏ hồng lên. Tại sao? Tại sao một người bị lạnh lại run lên cầm cập? Vào lúc tiết trời lạnh lẽo, tại sao có nhiều động vật khi ngủ đã cuộn tròn mình lại? Tại sao nhiều cây ở vùng sa mạc lá được thay bằng gai? Tại sao trong nhà tắm ta cảm thấy ấm hơn ở ngoài mặc dù nhiệt độ trong nhà tắm và ở ngoài giống nhau? Tại sao gỗ Thông khi cháy nổ lép bép nhiều hơn các loại gỗ khác? Tại sao dưa Chuột bao giờ cũng có nhiệt độ bé hơn nhiệt độ ngoài môi trường từ 1- 2 độ? Tại sao khi nóng nhiều chó thường hay thè lưỡi? Tại sao khi nóng bức da người đổ mồ hôi? ở ngưòi và động vật khi thở ra bao giờ cũng có hơi nước. Nhưng tại sao chúng ta chỉ nhận ra hơi nước khi những lúc trời lạnh? Để tránh bị mẻ răng. Tại sao chúng ta cần tránh ăn thức ăn nóng xong lại ăn ngay thức ăn lạnh? Tại sao những cánh hoa hồng vẫn khô nguyên mặc dù mưa rất nhiều? Tại sao sương đêm trên lá lại động lại từng giọt? Tại sao khó cởi tất ướt ra khỏi chân? Tại sao chân nhện không chìm vào trong nước? Tại sao chim én liệng thấp khi chuẩn bị có mưa? Giải đáp Sự chuyển đọng của hồng cầu được giải thích bằng chuyển động Brao. Muối cà chua dưa chuột ... là dựa trên sự khuếch tán của muối vào các rau quả này. Trong các bông hoa có chứa nhiều chât thơm. Các phân tử chất thơm này khuyếch tán vào trong không khí. Đường kính hồng cầu xấp xỉ bằng 1m. Trong 1cm3 có khoảng 5.109 hồng cầu. Nhiệt độ cơ thể người khoẻ mạnh là 36,6oC. Cây cối đã giữ lại 1 phần tia nắng mặt trời, vì vậy ban ngày ở những chổ đất có cây che phủ bị đốt nóng ít hơn chỗ đất trơ trụi. Đêm xuống khi nhiệt độ không khí đã hạ xuống mức đáng kể cây cối giữ cho đất khỏi bức xạ mạnh và đát sẽ nguội chậm hơn nơi đất trống. Nhiệt độ của nước trong những ngày giá lạnh cao hơn nhiệt độ trong không khí. Vì vậy nên vịt thường xuống nước. Có. Vì khi ngủ đông hệ tuần hoàn cũng như hệ hô hấp gần như ngưng trệ.