Vật lý trong thế giới sinh vật

VẬT LÝ TRONG THẾ GIỚI SINH VẬT ThS. Đỗ Cung Trăng Phó trưởng phòng – Phụ trách phòng Thanh tra Sự vận động của vật chất trong thế giới tự nhiên đều tuân theo các định luật vật lý. Sau đây tôi xin trao đổi cùng bạn đọc những vấn đề mà các định luật vật lý luôn luôn thể hiện trong sự vận động của thế giới sinh vật. 1. Lúc chạy để tránh con chó đuổi bắt, con cáo thường thoát thân bằng cách bất thình lình rẽ ngoặt sang hướng khác, đúng vào lúc con chó định ngoạm cắn nó. Tại sao cáo làm như vậy chó lại khó bắt được cáo? Khi cáo bất thình lình thay đổi hướng chạy, con chó sẽ không thể chạy được theo cáo, vì theo quán tính, chó còn phải chạy hướng cũ thêm một lúc nữa. 2. Tại sao khi nhổ cỏ dại không nên dứt quá đột ngột, kể cả khi rễ cỏ bám trong đất không được chắc? Khi nhổ cỏ quá đột ngột thì rễ cỏ chưa kịp chuyển động thân đã bị đứt. Rễ vẫn nằm trong đất, cỏ dại sẽ nhanh chóng mọc lại. 3. Khi tàu đi vào các vùng biển nhiệt đới ở Ấn Độ Dương và Đại Tây Dương, các thuỷ thủ thường thấy có những con cá bay trên mặt biển để trốn tránh cá dữ. Thoạt đầu, chúng lấy đà, rồi quẫy mạnh đuôi, vọt lên khỏi mặt nước và bay một quãng dài đến 150 m. Bay như thế cá thường bị rơi vào boong tàu. Tại sao chúng lại không đổi được hướng bay? Sự bay của cá được ổn định là nhờ vẫy đuôi. Vây đuôi không thể đổi được hướng bay khi thoát khỏi mặt nước, do đó cá bay chỉ nhờ quán tính. 4. Tại sao sóc và cáo cần cái đuôi lớn? Con sóc nhảy được xa từ cây này sang cây khác một phần nhờ cái đuôi. Đuôi sóc là bộ phận cân bằng độc đáo. Còn đuôi cáo giúp nó rẽ ngoặt bất ngờ khi đang chạy nhanh. Đó là tấm lái không khí đặc biệt. 5. Một số cây họ đậu đã lợi dụng quán tính để phát tán như thế nào? Quả đậu khi chín đã nhanh chóng tách ra và nở theo đường cong. Đồng thời, theo quán tính, hạt trong quả văng ra mọi phía theo đường tiếp tuyến. 6. Tại sao trước khi nhảy người ta lại phải nhún xuống một chút? Trước khi nhảy người ta phải khom người xuống để tăng thêm quãng đường trên đó lực đẩy của chân tác dụng và nhờ thế mà tăng thêm được vận tốc cuối cùng của thân. 7. Lớp lông co giãn ở gan bàn chân thỏ có ý nghĩa gì? Lớp lông co giãn được ở gan bàn chân thỏ kéo dài thêm thời gian hãm dừng lại khi nhảy, do đó đã làm giảm lực va chạm. 8. Những lông mọc trên bề mặt thân giun đất có ý nghĩa gì đối với sự di chuyển của nó? Ở động vật, rất phổ biến những bộ phận mà nhờ chúng lúc đang chuyển động theo một hướng, ma sát sẽ nhỏ và khi chuyển động theo hướng ngược lại, ma sát lại lớn. Lớp lông của con giun đất giúp nó di chuyển về phía trước dễ dàng, và giữ chặt không cho thân chuyển động ngược lại, nhờ đó giun bò được. Lúc thân kéo dài ra, phần đầu chuyển dịch lên phía trước, còn phần đuôi vẫn giữ nguyên tại chỗ. Khi thân co ngắn lại, phần đầu được giữ nguyên, còn phần đuôi được kéo lại gần đầu. 9. Tại sao trong lúc bay, cánh con bướm lại vỗ chậm hơn cánh con ong vẽ? Ta biết: Động lượng Trong đó: m là khối lượng; v là vận tốc của vật. Khi di chuyển mà vận tốc không đổi, khối lượng chuyển dịch càng lớn thì động lượng càng nhiều. Vì khối lượng của cánh ong vẽ bé hơn khối lượng của cánh bướm nhiều lần, nên cánh ong vẽ nhất thiết phải đập nhanh hơn. 10. Động vật nào ở biển chuyển động theo lối chuyển động của tên lửa không? Động vật ở biển chuyển động theo lối chuyển động của tên lửa đó là cá mực. Cá mực ở phía bụng, giữa đầu và thân, có một ống ngắn hình nón. Ống này thông với một xoang nằm giữa lớp áo và thân. Nước vào xoang qua khe nằm ở đầu. Nhờ sự co cơ, khe này khép lại và nước bị đẩy ra qua một phễu ở bên thân với vận tốc lớn. Xoang lại chứa đầy nước và các tia nước được đẩy ra tiếp nối nhau nhịp nhàng. Nhờ phản lực của dòng nước mà con vật chuyển dịch được. Con vật có thể hướng phễu theo những góc khác nhau đối với cơ thể nó, nhờ đó hướng chuyển động thay đổi. Bằng cách này, mực có thể chuyển dịch khá nhanh. 11. Trong lúc bơi nhanh có một số cá ép vây sát vào mình để nhằm mục đích gì? Tại sao khó cầm được con cá còn sống trong tay? Cá ép vây sát vào mình để giảm bớt lực cản chuyển động. Khó cầm được cá còn sống trên tay bởi sự ma sát của cá trên tay nhỏ, do đó cá dễ tuột khỏi tay. 12. Màng bơi ở chân vịt hay ngỗng có tác dụng gì? Muốn chuyển dịch được nhanh về phía trước, cần phải đẩy lại phía sau một lượng lớn nước, do đó các chi bơi hầu như bao giờ cũng rộng và phẳng. Khi chân chuyển động về phía trước thì màng bơi bị uốn cong, nên chân chịu một lực cản nhỏ. Khi chân chuyển động về phía sau thì con vật dang rộng bàn chân để đẩy đủ nước và do đó tiến nhanh lên phía trước. 13. Tại sao đi lên núi lại khó khăn? Đi trên đường phẳng chúng ta sử dụng lực của cơ chủ yếu để thắng ma sát và lực cản không khí. Đi lên dốc, không những phải thắng được các lực cản này mà còn cả một phần trọng lượng cơ thể nữa. 14. Đôi chân nhảy của châu chấu thường rất dài. Tại sao? Cơ thể có một năng lượng dữ trữ rất lớn, nếu như lực tác dụng vào thân trong một thời gian dài hoặc trong một khoảng cách khá lớn, ví dụ như lấy đà trước khi nhảy, lấy đà để đánh. Những cơ của châu chấu không thể sinh ra lực lớn được, vì thế để nhảy xa, mà điều này đòi hỏi tích luỹ nhiều năng lượng, thì châu chấu phải dùng đến đôi càng dài. 15. Tại sao không thể đứng vững bằng một chân được? Trong trường hợp này mặt chân đế bị giảm nhiều. Khi lệch khỏi vị trí cân bằng một chút thì đường thẳng đứng qua trọng tâm sẽ không đi qua mặt chân đế và người sẽ ở vị trí không cân bằng. 16. Tại sao lúc đi bộ người ta lại vung tay? Khi người đưa chân về phía trước, trọng tâm cũng chuyển về phía trước một chút. Để giữ được vị trí ban đầu của trọng tâm người ta phải đưa tay ra phía sau. Sự lần lượt thay đổi vị trí của tay và chân được lặp đi lặp lại trong mỗi bước đi. 17. Khi một người xách thùng nước bằng tay phải, người ấy nghiêng mình về bên trái và giơ tay trái (không phải cầm gì). Làm như thế nhằm mục đích gì? Trong trường hợp trọng tâm bị chuyển dịch theo hướng bất lợi, con người có thể trong một giới hạn nào đó chuyển trọng tâm chung của mình theo hướng ngược lại. Nếu một người mang một vật nặng (thùng nước) ở tay phải thì trọng tâm chung chuyển sang phải. Nghiêng phần trên cơ thể về phía trái và giơ tay trái, người đó sẽ chuyển trọng tâm chung sang trái. Kết quả là trọng tâm chung không bị chuyển về hướng bất lợi. 18. Tại sao con vịt và con ngỗng có dáng đi lạch bạch? Hai chẫn ngỗng và vịt dang rộng ra, vì thế để giữ được cân bằng khi di chuyển, chúng phải chuyển dịch thân sao cho đường thẳng đứng qua trọng tâm đi qua điểm tựa, nghĩa là qua chân. 19. Tại sao con rùa bị lật ngửa thường không thể tự lật lại được? Con rùa nằm ngửa giống như một nửa hình cầu nặng đặt ngửa. Một nửa hình cầu đặt ngửa này nằm rất vững vàng. Để lật lại, cần phải nâng trọng tâm của nó lên khá cao. Nhiều con rùa không thể nâng nổi trọng tâm lên cao đến mức đủ sức lật ngược lại được, nên cứ phải nằm đó mãi. 20. Trong rừng rậm, cây cối thường bị gió quật đổ, nhưng ở ngoài đồng trống trải, nơi có gió thổi mạnh hơn nhiều, thì cây cối lại rất ít bị đổ. Điều đó được giải thích như thế nào? Trong bóng râm của rừng, các cành cây phía dưới bị tàn úa đi, tán cây chuyển lên phía trên và cây có vị trí kém vững vàng hơn. Cây mọc nơi trống trải, tán thấp hơn, trọng tâm của cây ở phía gần gốc nên cây chống lại áp lực gió có hiệu quả hơn. 21. Cây tùng và cây thông, cây nào có tư thế vững chắc hơn? Cây tùng mọc ở chỗ đất ẩm và rễ nó tìm được đủ nước ở gần mặt đất. Những rễ này mọc lan rộng ra xung quanh, nhưng không đâm xuống sâu. Cây thông mọc ở những nơi khô buộc phải tìm nước ở sâu trong lòng đất. Các rễ của nó ăn sâu vào đất. Vì vậy mà cây thông vững chắc hơn. 22. Hải ly thường hay gặm nhấm các cây cối có thân to. Tại sao gặm nhiều mà răng chúng không bị cùn đi? Răng hải ly gồm một số lớp có độ rắn khác nhau. Khi hải ly gặm cây cối, lớp men vững chắc bao phủ phần trên của răng chịu một tải lớn, phần mềm còn lại chịu một tải nhỏ hơn. Kết quả là cả chiếc răng được gọt đều đặn và góc nhọn không đổi. Hoạt động của những dụng cụ mài tự động đã dựa trên nguyên tắc này. 23. Cá voi sống dưới nước, nhưng thở bằng phổi. Tuy có phổi, cá voi vẫn không thể sống nổi một giờ, nếu tình cờ nó bị dạt lên bờ. Tại sao? Cá voi nặng đến 90 - 100 tấn. Ở trong nước khối lượng này một phần được cân bằng nhờ lực đẩy. Ở trên cạn, với một khối lượng lớn như thế, các mạch máu bị ép lại, hô hấp ngừng và cá voi chết. 24. Tại sao cá có thể hô hấp bằng oxi hoà tan ở trong nước? Bất kể một loại khí nào cũng đều có xu hướng chuyển từ chỗ có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp hơn. Trong máu cá, áp suất oxi nhỏ hơn áp suất oxi trong nước, do đó oxi chuyển từ nước vào máu, qua các mao mạch của mang cá. 25. Tại sao cá trong bể nuôi thỉnh thoảng lại bơi lên mặt nước? Cá thở bằng ôxy hoà tan trong nước. Khi lượng ôxy hoà tan trong nước còn ít, cá bơi lên mặt nước, ở đấy tiếp giáp với không khí nên nhiều ôxy hơn. 26. Lúc cất cánh và trước khi hạ cánh, người phục vụ trên máy bay phân phát cho hành khách kẹo để nhằm mục đích gì? Áp suất khí quyển phụ thuộc vào độ cao so với mặt biển. Lúc độ cao có sự thay đổi đột ngột: trong quá trình bay lên của máy bay, áp suất khí quyển nhanh chóng giảm xuống và màng nhĩ bị ép ra ngoài; khi máy bay hạ cánh, áp suất khí quyển tăng lên và màng nhĩ bị đẩy vào trong. Sự thay đổi nhanh chóng về áp suất gây đau đầu. Như đã biết, lúc nuốt, tai giữa thông với khoang miệng qua ống Ơxtasơ. Ngậm kẹo làm tăng sự tiết nước bọt và miệng phải nuốt luôn, nhờ đó mà áp suất trong tai giữa nhanh chóng cân bằng với áp suất khí quyển. Do đó sự đau tức trong tai giảm bớt. 27. Các pháo thủ lúc bắn phải há mồm để làm gì? Để cho áp suất phía trong màng nhĩ cân bằng với bên ngoài. 28. Do đâu mà các chỗ chai cứng ở chân lại bị đau trước khi trời mưa? Trước khi trời mưa, áp suất khí quyển thường giảm xuống. Sự giảm áp suất bên ngoài làm cho các tế bào ở chân giãn nở chút ít, chỗ chai cứng lại không thể giãn nở như các phần mềm khác của cơ thể nên đã tạo ra sự kích thích thần kinh và có cảm giác đau. 29. Tại sao khi ở nơi có áp suất thấp, ví dụ trên núi cao, ta thường thấy đau trong tai và thậm chí đau khắp toàn thân? Điều này được giải thích là trong cơ thể người có một số chỗ chứa không khí, ví dụ như dạ dày, tai giữa, hộp sọ và những chỗ lõm của xương hàm trên. Áp suất không khí trong các chỗ đó cân bằng với áp suất khí quyển. Khi áp suất bên ngoài ép lên cơ thể giảm đi nhanh chóng, không khí có ở bên trong cơ thể nở ra, gây nên sự đè ép lên các bộ phận khác nhau và làm cho đau đớn.