Физика в жизни кошки

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 5 г.Лермонтов

Физика в жизни кошки

Автор исследовательской работы:

Тетерин Георгий,

Ученик 8А класса

МБОУ СОШ №5

Руководитель:

Шунина Любовь Михайловна

учитель физики

МБОУ СОШ №5

2024 год

Актуальность : Физика – наука о природе. Мы, как и « братья наши меньшие » - домашние животные, частицы этой природы,

следовательно, все законы физической науки должны найти и в нас, и в них своё проявление.

Изучая физику, мы знакомимся со многими физическими величинами (массой, плотностью, скоростью, силой и др.),

учимся их измерять. Но все опыты на уроках проводятся с неживыми объектами.

Есть ли особенности в измерении этих же характеристик у живых существ? Какие они?

Цель работы : измерение известных нам физических характеристик нашего домашнего питомца – кошки; поиск путей усвоения изучаемых разделов физики; связь с жизнью.

Задачи: 1.Обнаружить известные физические явления, объекты и закономерности в поведении кошки, и тем самым углубить, расширить и упрочить свои знания по физике; 2.Работать с научно-популярной литературой, выделять новое и главное, сравнивать, готовить сообщения.

Объектом моего исследования стала домашняя кошка Пуся – возраст 1,5года, подвижная, шаловливая, очень самостоятельная, строптивая и не ласковая. .

• Методы исследования :
• наблюдение, эксперимент

Механика в жизни кошки. Кошачья походка. Кошка ходит на «цыпочках». Основания лап у неё круглые, и след она оставляет округлый. На бегу она втягивает когти и ступает на толстые и мягкие подушечки пальцев. При беге кошка использует раскачивающуюся иноходь: она делает шаг попеременно, то обеими правыми, то обеими левыми лапами. Это необычная походка. Ходьбу и бег кошки можно рассматривать, как колебательное движение, в процессе которого то нарушается, то восстанавливается равновесие тела. Движения кошки удивительно быстры, легки, грациозны. Что позволяет ей достичь этого? Кошка движется, отталкиваясь от опоры. При этом внешние силы – сила тяжести, сила трения, сопротивление среды, вступает во «взаимодействие» с внутренними силами организма . Движение происходит благодаря совместной деятельности мышц и силе трения покоя. При беге животного возникает особый ритм: каждый очередной мах конечностей состоит из чередующихся ускорений и замедлений. Установлено, что только 1/5 часть из 40 мышц лапы кошки работает на передвижение, другие же остаются в покое, как бы на запас, на случай чрезвычайных перегрузок. Кошка при беге может развивать скорость до 50 км/час. При прыжке же, когда кошка старается преодолеть большое расстояние, её спина как бы расширяется, что позволяет ей планировать. Кошка напоминает при этом маленький парашют. При прыжке все её мышцы ведут себя, как сложная система амортизаторов; при приземлении они включаются не одновременно, а поочередно, одна за другой, до тех пор, пока не поглотят всю энергии прыжка полностью.

Механика в жизни кошки. Простые механизмы в анатомии кошки . В скелете этого животного можно найти кости – рычаги: это череп, челюсть, лапы. Есть и такой простой механизм, как клин: это острые зубы, когти. С их помощью кошка может создать очень большое давление, что служит хорошей защитой или помогает нападению: ведь своими когтями и зубами она буквально может вспороть кожу противника. Ещё один клин – бугорки на языке. Шершавый, с бугорками язык кошки действует, как щётка: поэтому кошка ловко чистит им шерсть, удаляя пыль, остатки грязи.

Что такое мурлыканье? Мурлыкать способны все мелкие представители кошачьего семейства. Этот интересный, не похожий ни на что звук вызывает умиление, снимает стресс и считается символом покоя и гармонии. Наверняка вы задавали себе вопрос: как или чем кошка мурлыкает? Интерес, прежде всего, представляет принцип этого уникального свойства кошек: в коре головного мозга кошки возникают электрические импульсы, которые, поступая к располагающимся вблизи голосовых связок мышцам, заставляют их сокращаться. Так называемый «аппарат мурлыканья» располагается у кошек между основанием черепа и основанием языка и представляет собой тонко связанные подъязычные косточки. А сокращение мышц возле голосовых связок вызывает их вибрацию. Мурлыкающий звук кошка издаёт ртом и носом, а вибрация распространяется по всему её телу. Так чем же вызвано мурлыканье кошки, от чего запускается описанный механизм? Оказывается, удовлетворённость жизнью, сытость, счастье и многие другие положительные эмоции - причина мурлыканья кошек.

Механика в жизни кошки. Форма тела кошки с точки зрения обтекаемости . Так как кошка перемещается быстро, природа создала её такой, чтобы при беге и прыжках она испытывала наименьшее (из возможных при ее размерах) сопротивление воздуха. По данной причине волоски, образующие «мех» у кошки, расположены по правилам оптимального обтекания: волоски укладываются назад и друг на друга, образуя гладкую поверхность; кроме этого, это позволяет ей не намокать и легко пролезать в узкие проходы, быстро двигаться в траве, в густом кустарнике.

Тепловые явления в кошкиной судьбе Температура тела кошки . В нормальном состоянии она колеблется в пределах 38,0 – 39, 5⁰ С, у котят – более высокая. Температура тела зависит от физической и психической активности кошки. Частота дыхания в среднем 20 – 30 дыхательных движений в минуту. При повышении температуры окружающей среды или сильном возбуждении, кошки начинают дышать с открытым ртом, что способствует увеличению теплообмена.

Тепловые явления в кошкиной судьбе. Когда и почему кошка свёртывается в клубок? Ответ на этот вопрос таков: когда холодно. Делает она это для того, чтобы сохранить тепло, так как у свернувшейся кошки меньше свободная поверхность тела. Чем теплее в комнате, тем больше распрямляется тело кошки, пока не вытянется в прямую линию. Интересен вопрос и о том, почему кошка в сильный мороз может ходить по снегу, не обмораживая лап: ведь на подушечках нет шерсти? Да, шерсти нет, но на подушечках лап есть тонкий слой, обладающий плохой теплопроводностью, он то и « держит» большой перепад температур.

Электричество и кошка. Когда гладят кошку по шерсти, то в сухую погоду или в сухом помещении шерсть от трения быстро электризуется. Если гладить долго или энергично, то может произойти сильная электризация: на поверхности тела скопится большой заряд, и, как следствие, возникнет разряд – искра. Кошка не всегда любит, когда её гладят: в сухую погоду её шерсть так сильно электризуется, что возникает достаточно сильное электрическое поле, проскакивающие искорки вызывают у кошки неприятные ощущения.

Как видит кошка. Устройство глаза кошки похоже на строение глаза человека. Но зрачок у кошки не круглый, а вертикально – овальный, вытянутый сверху вниз, щелевидный. Природа сделала его таким, чтобы кошка обладала острым зрением, была способна видеть в полумраке, и чтобы яркий свет не ослеплял животное. Величина зрачка также как и у человека, может меняться в зависимости от освещения. Глаз кошки, как и человеческий глаз, способен к аккомодации – приспособлению к ясному видению предметов, находящихся от него на различных расстояниях, путём изменения преломляющих свойств его оптической среды, сосредоточенным главным образом в хрусталике.

Как видит кошка. Глаза – важнейший «инструмент» кошки, ведь в своей жизни она полагается в основном на зрение, в то время как у большинства млекопитающих решающую роль в опознании, поиске пищи и предупреждении об опасности играет обоняние. В связи с такой ответственной функцией зрения, глаза кошки велики по сравнению с размерами её черепа; они расположены так, что поле зрения обоих глаз накладывается одно на другое . Угол зрения каждого глаза кошки около 205⁰, это помогает ей точно оценивать расстояние, форму и взаимное расположение предметов в пространстве. Кошка, как и человек, обладает бинокулярным зрением.

Как видит кошка. Глаза у кошки обладают удивительным свойством: они светятся в темноте. Это свечение – физическое явление, называемое фотолюминесценцией. Фотолюминесценция – это возбуждённое светом оптическое излучение, наступающее после того, как в веществе под действием света закончится определённый процесс и наступит квазиравновесие. Поглощая внешний свет, глаза кошки испускают свет фотолюминесценции с длинами волн, соответствующими зелёному участку спектра, поэтому они становятся зелёными, светятся зелёным светом. Аналогичное оптическое устройство известно теперь каждому, кто видел придорожные транспортные знаки, светящиеся в темноте, когда на них падает свет. Цвет глаз кошки часто меняется. Глаза могут казаться зеленоватыми, жёлтыми, бирюзовыми и т.д. Это связано с освещением и внутренним состоянием кошки.

Существо с шестым чувством. «Глазной слух». Долгое время люди не представляли себе, насколько сложна деятельность органов чувств кошки. Всем известно, например, их легендарная способность находить обратный путь, как бы далеко их не увозили от дома. Эксперименты дали и вовсе неожиданный результат: кошка возвращается домой по более короткому пути, чем тот, по которому её увезли от дома. Как она находит нужное направление? Это стало проясняться после того, как американский ученый Франк Морель исследовал электронными методами нервную систему кошки. Оказалось, что даже в полной темноте, когда глаза кошки не получали никакого светового сигнала, примерно половина нервных клеток её мозга, участвующих обычно в зрении, реагировала на ультразвуковые сигналы, имеющие частоты в диапазоне 20 – 50 кГц. Опыты доктора Мореля позволили сделать интересное заключение: кошка, по-видимому, обладает как бы вторым органом слуха, но этот слух обеспечивается «глазными» нервными клетками, то есть клетками, ответственными за зрение, поэтому его можно назвать «глазным слухом». Итак, кошка обладает повышенной акустической чувствительностью, при отыскании дороги домой она пользуется акустической картиной, на которой в её мозгу, записаны звуки, характерные для данной местности. Вообще, кошка воспринимает звуковые сигналы в диапазоне от 10 до 80 000 Гц, причём свободно определяет направление звука, его силу, высоту.

Существо с шестым чувством. Резервная система ориентации. Даже в абсолютной темноте и тишине, когда кошке уже не могут служить ни глаза, ни уши, она и тогда не превращается в беспомощное существо, ибо обладает запасной системой ориентации в пространстве; эту систему образуют длинные, упругие усы, брови и небольшие волоски, растущие на задней стороне передних лап. И они неизменно находили выход, но лишь до тех пор, пока у них не обрезали усы. Усами, которые могут шевелиться, кошка исследует предмет, определяет ими размеры и движение добычи, которую держит в зубах вне поля своего зрения. Собираясь совершить прыжок, кошка старается предварительно «ощупать» усами поверхность приземления. То же самое она делает, если надо обследовать незнакомое место: подвижные усы животное собирает в пучок, кончик каждой волосинки едва уловимо для человеческого глаза «бегает» по поверхности, ощупывая её с разных сторон. Некоторые учёные считают, что кошка добирается до своего хозяина, когда оказывается далеко от дома, именно благодаря своим чудесным усам. Может быть усы кошки – это своеобразные антенны, улавливающие разные частоты звуков? На этот вопрос ответа пока нет. Ряд учёных полагает, что кошка чувствительна к магнитному полю землю и способна регистрировать изменения в окружающем магнитном поле.

Существо с шестым чувством Биополе. Кошка обладает и своим биополем, которое может вступить во взаимодействие с биополем человека. Возможно, благодаря именно этому свойству, кошка безошибочно находит своего хозяина и приходит к нему на помощь. Ведь известно много загадочных случаев, когда кошки спасали людей и предотвращали убийства. Неоспоримым является и факт благотворного влияния кошки на состояние человека: общение с кошкой снимает стресс, нормализует артериальное давление, успокаивает. Итак, кошка – интересное и малоизученное животное из тех, которых сумел приручить человек.

Измерение механических характеристик. В ходе работы над проектом мне удалось измерить такие характеристики нашего питомца, как скорость, массу, объём, среднюю плотность, давление на опору, оценить степень электризации. Результаты измерений представлены в таблицах.

1. Измерение скорости. Среднюю скорость кошки измерили следующим образом: при помощи рулетки отметили расстояние - 10 м, секундомером засекли время движения, провели расчёт скорости по формуле: Vср = S/t

Объект

S, м

Пуся

t , с

Vср.

10

м/с

20

км/ч

0,5

0,14

2. Измерение массы. Массу мы находили при помощи весов. Через неделю измерения повторили, причём в то же время суток после еды. Результаты опыта представлены в таблице 2.   Видно, что масса Пуси за неделю уменьшилась на 100г. Скорее всего, это связано с тем, что с с приходом теплоты. Кошка начала вести себя более активно.  

№ опыта

1

Измеряемая величина

m,кг

масса

2

2,4

масса

2,3

3. Измерение плотности. Плотность по определению – физическая величина, численно равная отношению массы тела к его объёму, соответственно для её вычисления требовалось измерить объём. Объём мы вычислили по объему вычислений жидкости. Из гуманных соображений мы погружали кошку в воду только до половины, а затем замечали, на сколько поднялся уровень воды в аквариуме и проводили подсчеты по формуле V=abx, где a – ширина аквариума, b – его длина, а x – повышение уровня воды. Расчёт средней плотности проводили по формуле p=(m/2)V. Результаты исследования представлены в таблице 3. Хотя объём оценивается весьма приблизительно, можно сделать заключение, что средняя плотность кошки близка к плотности воды.

Объект

Масса,

Пуся

Объём,

кг

2,4

Плот

м³

0,00064

ность, кг/м³

1015

4. Измерение давления на опору. Давление кошки на опору рассчитывалось для трёх положений (стоя, лёжа и сидя) по формуле: P=mg/s где m=2,4 кг – масса, полученная в предыдущих опытах,g=10 н/кг, s – площадь опоры кошки, которую вычислили по площади фигур, полученных очерчиванием соответствующих контуров на миллиметровой бумаге. Результаты представлены в таблице 4. Таким образом, в разных положениях кошка оказывает давление от 417 до 5333 Па.

Положе

ние

Масса, кг

Стоя

Площадь,

Сидя

2,4

Давление,

Лёжа

2,4

м²

0,0045

2,4

0,0075

5333

кПа

3200

0,0575

417

Измерение электрических и тепловых характеристик. 1. Оценка степени электризации. При трении многих тел наблюдается электризация. Предварительно я уложил Пусю спать у батареи отопления, для того чтобы просушить шерсть (электризация существенно ослабляется при большой влажности). В ходе опыта пришлось следить за тем, чтобы кошка не успела вылизать свою шерсть и тем самым нарушить условия эксперимента. Затем я натирал эбонитовую палочку о шерсть, подносил ее к гильзе из фольги, подвешенной на нити, и измерял угол отклонения от вертикали. Таблица 5.

Животное

Пуся

Угол отклонения

Шерсть

45 °

Мягкая, бархатистая

2. Измерение температуры Для измерения температуры тела я использовал электронный цифровой термометр, так как он более безопасный, точный и быстродействующий, чем ртутный. На рис. 1 представлена зависимость температуры кошки от времени суток. Измерения проводились 4 раза в течение дня. Оказалось, что самая высокая температура соответствует дневному времени суток (15 ч.), когда активность Пуси наибольшая.  

Вывод. В результате выполнения работы, я познакомился с предметом физика, со многими физическими величинами. Я научился определять эти величины. Но самое главное я познакомился с удивительным миром животных. Я изучал предмет с помощью моего питомца. В результате выполнения работы, я пришел к выводу, что знания по физике полезны и нужны не только мне, но и любому цивилизованному человеку. Свои исследования я буду продолжать. Мне бы хотелось провести свои эксперименты на каком-нибудь ещё животном.

Список используемой литературы: 1.Гершун В.И. Домашние животные. М.: Педагогика. 1991 г. 2.Ехонович А.С. Справочник по физике и технике. М.: Просвещение.1989 г. 3.Куклачев Ю.О. О кошках./Наука и жизнь. Ж. №10, 1990 г. 4.Птицы и звери./Энциклопедия для детей. М.: Аванта, 2004 г. 5.Физика в школе. Ж. №3, 1997 г. 6.Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика-7. _ М.: Просвещение, 2004 7.Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика-8. _ М.: Просвещение, 2004

Спасибо за внимание !