Физика и живая природа

Кадр 1

Диафильм для факультативных занятий в средней школе.

Кадр 2

Мы сами и всё, что нас окружает, — это живая и неживая природа. Простейшие живые организмы сложнее любых объектов неживой природы. В какой же мере законы физики проявляются в живой природе? Как взаимодействуют физика и биология?

Кадр 3

Физика в живом организме

Кадр 4

„Организм есть, несомненно, высшее единство, связывающее в себе в одно целое механику, физику и химию…“ (Ф. ЭНГЕЛЬС.) В живом организме физическое явление и физическая закономерность часто выступают как существенная сторона биологического процесса.

Кадр 5

Например, натяжение биссусных нитей мидии создаёт равнодействующую силу, обеспечивающую прочное прикрепление моллюска к камню, сваяе и т. п. (сложение сил). Мидия

Кадр 6

Сидящий на дереве дятел упирается хвостом в неровности коры; вес птицы Р разлагается на две составляющие: лапы испытывают растяжение, а хвост — сжатие.

Кадр 7

Кости животных и человека выполняют наряду с другими функциями ещё и функции рычагов, обеспечивая выигрыш либо в силе, либо (гораздо чаще)—в скорости движения.

Кадр 8

Рычаги можно встретить и в мире растений. Например, рычаг, образованный тычинкой цветка шалфея, способствует опылению этого растения насекомыми.

Кадр 9

Назначение другого простейшего механизма — клина в живой природе сходно с его использованием в технике и быту: он — основа колющих и режущих «инструментов» (зубы, когти, клюв и т. п.).

Кадр 10

Обратно пропорциональная зависимость между объёмом и давлением газа (закон Бойля-Мариотта) создаёт необходимые для вдоха и выдоха разности давлений атмосферного воздуха и воздуха в лёгких при соответствующих изменениях объёма грудной клетки.

Кадр 11

АЛЬВЕОЛЬНЫЙ ПУЗЫРЕК ЛЁГКОГО (область большой плотности кислорода) КРОВЬ В КАПИЛЛЯРЕ (область большой плотности углекислого газа) Благодаря диффузии молекул газа через соприкасающиеся стенки альвеол лёгких и капилляров кровеносной системы происходит газообмен в лёгких (переход кислорода из воздуха в кровь, а углекислого газа из крови в воздух).

Кадр 12

Эксперименты показали, что энергия, израсходованная организмом, равна той энергии, которая освобождается в нём при распаде окислившихся за это время веществ его тела и пищи: ΔQ+ΔA=ΔE. Значит, закон сохранения энергии справедлив и для живых организмов.

Кадр 13

Немаловажную роль в живой природе играет явление **капиллярности**: им в значительной мере обусловлен подъём питательного раствора в стволе растения, жидкой пищи по хоботку насекомых (бабочки, комара).

Кадр 14

ПОКОЙ (нервное волокно заряжено положительно снаружи и отрицательно внутри) ВОЗБУЖДЕНИЕ (нервное волокно заряжено снаружи отрицательно и положительно внутри) НЕРВНЫЙ ИМПУЛЬС (возбуждение перемещается вдоль волокна) В механизме передачи нервных импульсов имеют место электрические явления: нервный импульс—это перемещающаяся вдоль нервного волокна перезарядка двойного электрического слоя.

Кадр 15

Физические явления лежат в основе действия органов зрения: светопреломляющая система глаза (роговица, хрусталик, стекловидное тело) устроена как собирающая линза.

Кадр 16

Звуковоспринимающій аппарат — ухо представляет собой сочетание рупора (наружное ухо) и чувствительного манометра (среднее ухо) с резонансной системой внутреннего уха (волокна основной мембраны улитки).

Кадр 17

Законы физики проявляются в живом организме и на уровне молекул и атомов. „Хотя на первый взгляд важнейшие явления и процессы, свойственные организмам, представляются очень сложными, тем не менее в основе их лежат события, разыгрывающиеся на атомном уровне“. Ф. КРИК.

Кадр 18

Гигантские молекулы белков и нуклеиновых кислот—носители жизни ни на элементарном её уровне. Жизнь, по-видимому, возникает при сложном взаимодействии ряда таких молекул. Модель молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК)

Кадр 19

АНАЛОГИИ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

Кадр 20

Прообразы многих технических устройств можно найти в живой природе. Например, «живая ракета» — кальмар «сконструирован» природой за тысячелетия до создания человеком подобных аппаратов.

Кадр 21

Давно «изобретены» природой конструкции, обеспечивающие прочность при малом весе: трубчатые и тавровые сечения костей животных, трубчатое строение стеблей многих растений (пшеница, бамбук).

Кадр 22

Нильская рыба **морфирус**, имея у хвоста орган, генерирующий электрические колебания (до 300 гц), а у спинного плавника — орган, принимающий отраженные сигналы, способна ориентироваться в мутной воде. Подобным образом действуют изобретенные человеком радиолокаторы.

Кадр 23

Звуколокационный аппарат дельфинов превосходит существующие в технике подобные устройства. С его помощью дельфины обнаруживают рыб на расстоянии до 3 км. СХЕМА ДЕЙСТВИЯ ГОЛОВЫ ДЕЛЬФИНА КАК УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРОЖЕКТОРА

Кадр 24

Летучие мыши, издавая ультразвуковые импульсы, ориентируются в радиусе около 6 м.

Кадр 25

Чувствительность теплового (инфракрасного) локатора гремучей змеи гораздо больше, чем чувствительность подобной аппаратуры, созданной человеком. С его помощью змея даже в полной темноте легко обнаруживает добычу.

Кадр 26

Изучение живой природы помогает учёным решать инженерно-технические задачи. Создавая новые самолёты, корабли, подводные лодки, конструкторы придают им обтекаемые формы, скопированные с лучших пловцов животного мира: китов, дельфинов, тунцов.

Кадр 27

ГЛАЗА МУХИ ГЛАЗОК-ОММАТИДИЙ В конструкци и измерителя скорости самолёта использованы принципы функционирования сложного глаза насекомых: по разности времени появления изображения в простых глазках насекомое улавливает перемещение предмета.

Кадр 28

Подобно этому по разности времени приёма сигнала оптическими устройствами (А и Б) и высоте (Н) счетно-решающий механизм определяет скорость самолёта.

Кадр 29

Изучив механизм полёта птиц (и насекомых), учёные построят летательные аппараты нового типа — махолёты, которые будут обладать рядом преимуществ по сравнению с самолётами и вертолётами.

Кадр 30

Выявление и изучение аналогий в живой природе и технике и использование этих аналогий для решения разнообразных инженерных проблем—задача новой перспективной науки—бионики. Символом бионики стал математический знак интеграла, на концах которого—скальпель (орудие биолога) и паяльник (орудие техники).

Кадр 31

3. Физические факторы внешней среды и живые организмы

Кадр 32

Одним из постоянных факторов внешней среды является сила гравитации. Её влиянием, различным в условиях суши и водной среды, обусловлена прочность и надёжность скелета у животных.

Кадр 33

Различие действия сил гравитации в наземных и водных условиях сказывается и на размерах животных: самое большое наземное животное—слон в сравнении с китом—карликом.

Кадр 34

Другой постоянный фактор — магнитное поле Земли. Зёрна пшеницы, посаженные зародышем к Южному полюсу, прорастают лучше и имеют более развитую корневую систему. Снижение напряжённости поля железным экраном приводит к гибели подопытных животных.

Кадр 35

Ультрафиолетовые лучи. Зрительное действие. Укрепляющее и закаливаюшее действие. Синие. Голубые. Зелёные. Жёлтые. Оранжевые. Красные лучи. Инфракрасные лучи. Свертывание белка. Фотосинтез. Спектральная чувствительность глаза. Тепловое действие. Разнообразно биологическое действие такого фактора, как солнечное излучение. Оно обусловлено его спектральным составом, интенсивностью, а также суточной и сезонной освещения.

Кадр 36

Искуственно созданные факторы тоже оказывают биологическое действие. Например, электрические поля, влияя на процессы обмена веществ, могут ускорить или замедлить созревание овощей, вызвать гибель бактерий, оказать на организм лечебное воздействие.

Кадр 37

Находит применение в медицине и лечебное действие ультравысокочастотного (30–300 мгц) электрического поля (УВЧ-терапия); при этом тело больного помещают между образующими конденсатор электродами, подключёнными к колебательному контуру.

Кадр 38

Процессы, происходящие в колебательном контуре, используются в медицине для лечения высокочастотным переменным током (диатермия) и магнитным полем высокой частоты (индуктотермия).

Кадр 39

Умеренными дозами радиации (излучение радиоактивных изотопов) лечат злокачественные опухоли. Большие дозы вредны и вызывают возникновение лучевой болезни.

Кадр 40

ВЛИЯНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ОБЛУЧЕНИЯ Установка для предпосевного облучения семян Колосья исходного сорта Колосья радиомутанта, обладающего более прочной соломой и повышенной урожайностью (на 44%) Малые дозы радиации стимулируют развитие растений, большие—угнетают растение. Радиация вызывает мутации генов и наследственные изменения. Это используется в селекционной работе.

Кадр 41

Физика — арсенал средств и методов исследования живой природы

Кадр 42

Каждое открытие в физике обогащает биологию новыми приборами, аппаратами и методами исследования, дающими возможность глубже проникать в тайны живых организмов.

Кадр 43

Микроскоп Гука (18 в.) Изобретение микроскопа позволило проникнуть в мир клетки и микробиологических явлений.

Кадр 44

Современные оптические микроскопы позволяют получать большие (до 1000×) увеличения с высокой четкостью изображения.

Кадр 45

Электронные микроскопы дают увеличение до 400 000х. В основе их работы — свойство неоднородных электрических и магнитных полей фокусировать электронные пучки.

Кадр 46

Велико значение методов исследования, вошедших в биологию с открытием рентгеновских лучей. Изображение на экране или фотопленке при просвечивании дает картину формы и расположения внутренних органов.

Кадр 47

Опыт по дифракции рентгеновских лучей (схема) Свинцовые диафрагмы Фотопластинка Кристалл Рентгеновская трубка Рентгенограмма Метод рентгеноструктурного анализа (изучение дифракции рентгеновских лучей на кристаллах живой материи) позволяет установить пространственное расположение атомов и атомных групп в больших и сложных молекулах — биополимерах. Рентгенограмма кристаллического миоглобина кашалота Молекулярная модель глобулярного белка миоглобина, построенная на основании точных рентгенографических данных

Кадр 48

Запись электрической активности сердца.

Кадр 49

Широкий круг биологических и физиологических исследований связан с появлением метода меченых атомов (радиоактивных изотопов), которые вводятся в живой организм. С их помощью прослеживаются химические процессы в клетках и тканях живого организма.

Кадр 50

В диафильме рассмотрены лишь немногие примеры проявления физических законов в живой природе. „Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна, и от малого числа причин произносит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений”. М. В. ЛОМОНОСОВ

Кадр 51

По заказу Министерства просвещения РСФСР КОНЕЦ Автор Ю. ЦАРЕВ Консультант Ц. КАЦ Художник Е. ЛЕХТ Редактор В. ЧЕРНИНА Студия „Диафильм“, 1970 г. Москва, Центр, Старосадский пер., д. № 7 Д-019-70 Цветной 0-30

Кадр 52

ЧТО ИЗУЧАЕТ ФИЗИКА Диафильм по физике для VII класса