Реферати » Реферати з біології » Біотехнології в освоєнні Світового океану

Біотехнології в освоєнні Світового океану

для хімічних перетворень, супутніх зростанню, і для руху тварин у пошуках їжі . На будь-якій глибині морським організмам потрібно менше енергії, щоб жити і рухатися, ніж представникам живої фауни. Щільність морських тварин і рослин дуже близька до щільності води, в якій вони живуть.
Лише рідкі живі організми живуть на поверхні: набагато зручніше жити в середовищі, яка, підтримуючи тварина, позбавляє його від необхідності робити постійні зусилля для того, щоб не спливти і не затонути. Тільки у дуже небагатьох мешканців водного середовища щільність тіла точно відповідає щільності води. Існують, однак, різні способи, за допомогою яких таким тваринам вдається регулювати свою плавучість так, щоб без особливих зусиль залишатися у воді в зваженому стані.

Крім кухонної солі морська вода містить також цілий ряд інших хімічних сполук.

У воді рослини (як і на суші) служать основою для всіх інших форм життя, тому вкрай необхідно, щоб в поверхневих шарах води, де зосереджена водна рослинність, мався постійний запас нітратів, фосфатів, кальцію і кремнію. Всі процеси і явища у водному середовищі взаємопов'язані і взаємозумовлені.

Одним з фундаментальних принципів, якому підпорядковується формотворний процес, є симетрія. Симетрія породжує середовища як би накладається на симетрію тіла, що утворюється в цьому середовищі.
Вийшла в результаті форма тіла зберігає тільки ті елементи своєї власної симетрії, які збігаються з накладеними на нього елементами симетрії середовища.

Замінимо організми спрощеної статичною моделлю і спроеціруем на неї вплив факторів водного середовища. Ізотропності, як один з цих факторів забезпечить цієї моделі форму кулі, а три взаємно перпендикулярні площини симетрії додадуть кулі форму овалоїд, або тривісного еліпсоїда. Така форма морської гальки - окатанних хвилями каменів.

2.3. Аналіз особливостей формоутворення водних організмів і відображення цих особливостей в підводних засобах руху.

Ще зовсім недавно людина з заздрістю дивився на птахів, які з легкістю покривають великі відстані.

Але людина не марно носить своє гучне ім'я. Він навчився літати швидше і далі птахів.

Значно гірше йдуть справи з підводним плаванням. Тут створені людиною пристрої поступаються водним тваринам, як за абсолютною швидкості, так і по економічності.

Наведемо деякі дані по швидкості плавання: дельфін - 15-18 м / с; тунець - 25 м / с; риба-меч - 35 м / с. Найсучасніша підводний човен з потужністю атомних двигунів в десятки тисяч кіловат розвиває швидкість лише 15-16 м / с

Останнім часом проблема різкого підвищення швидкості ходу підводних тіл і пов'язана з нею надзвичайно важка проблема істотного зниження гідродинамічного опору цих тіл набула особливого значення. Для розробки вказаних проблем вчені та інженери, окрім залучення звичайних методів, все частіше почали звертатися до вивчення біології живих істот, що мешкають у водному середовищі, особливо до розкриття та використання законів їх руху.

У басейні Світового океану, який включає в себе всі солоні води океанів і морів, і прісні води озер і річок, міститься незліченна безліч різноманітних водних тварин, таких як риби, китоподібні, головоногі молюски. Вони знаходяться у воді все життя, здійснюють тривалі океанські переходи по кілька тисяч миль і є справжнім провідниками. У процесі природничо-історичного розвитку протягом десятків мільйонів років у цих тварин вироблялися свої особливі пристосувальні функції і органи для підводного руху і подолання гідродинамічного опору води. У певному сенсі названих підводних мешканців можна розглядати як об'єкти «природного гідродинамічної лабораторії» .

Оскільки вода в 800 разів щільніше повітря, у що рухається в воді організму всякий виступ, всяка нерівність на тілі створюють опір ще більш відчутне, ніж у птиці в повітрі. Тому у швидко плаваючих організмів - риб: тунця, скумбрії, марлина та інших - тіла дивно обтічної форми, спереду загострені, швидко товщають до максимального діаметра і потім витончено звужуються до двухпластному симетричних хвостового плавника. Звертає на себе увагу те, що як показав наш аналіз, у тунців профіль наближається до ламінарізованному навіть при малому відносному подовженні тіла (без хвостового плавця - близько 3,6, тобто зі значною товщиною 28%) (іл. 3). Є підстави вважати, що два ряди додаткових малих плавців за миделевого перетином тунця утворюють гидродинамическую решітку, призначену для управління потоком в диффузорной частині, де він вступає на потужний хвостовий плавець.

Будівельники сучасних підводних човнів повною мірою оцінили досить досконалі обводи водних тварин і почали копіювати їх форму, створюючи свої апарати.

Американська фірма «Лорал Електронікс» в 70-х роках випустила одномісну автономну човен Т-14. Профіль човни близько контуру звичайного тунця. Її розміри відносно невеликі: довжина 2м 90см, ширина найбільша, включаючи стабілізатори, 1м 20см. (Для порівняння, максимальна довжина звичайного тунця складає 4 м). Корпус човна зроблений з алюмінію-магнієвого сплаву, а прозорий ліхтар в носовій частині - з плексигласу.

За швидкісними характеристиками Т-14 набагато відстає від тунця: швидкість човна Т-14 - 2м / с швидкість звичайного тунця - 30м / с.
(Але з даною швидкістю звичайний тунець може плавати нетривалий час).

Човен проходить під водою 12 км (запас в електроенергії в акумуляторної батареї забезпечує роботу електродвигуна та інших пристроїв (фара, кінокамера) протягом приблизно 2 години).

Управління маневрами здійснюється за допомогою розташованих в кормі вертикального і двох горизонтальних рулів ним двох похилих стабілізаторів.
Стабілізатори мають нахил в 45 (до горизонту і приблизно 30 (в корму і встановлені на амортизаторах, відвідних їх назад, оберігаючи тим самим при зіткненнях з перешкодами. Рульова система забезпечує човні високу маневреність, причому маневри можуть виконуватися порівняно на невеликому просторі.

На човні Т-14 встановлена ??стаціонарна дихальна система, що забезпечує легко водолазу нормальне дихання протягом 2,5-3 годин, а також додаткове обладнання, в яке входять комплект приладів, фара і кінокамера.

Човен створений була в першу чергу для військових (розрахована на буксирування вантажу вагою до 500 кг).

Не хочеться залишити без уваги цікаву розробку інженерів
Массачусетського технологічного інституту. Вивчивши, як плавають риби, вони створили робот, що імітує рухи тунця. Його охрестили Чарлі.

- Подібно живому тунця з породи «блакитний плавник» , Чарлі рухається, згинаючи хребетний стовп і створюючи імпульси, які доходять до хвоста, - пояснює механізм плавання робота інженер Девід Баррет. - Рухи Чарлі забезпечують 6 маленьких електромоторів, які передають крутний момент спинному хребту через сухожилля. Цей проект дуже важливий для кібернетичного переосмислення функцій живих організмів. Спроба розібратися в хвильовому русі риб призведе до створення нових, досконаліших рушіїв підводних суден, що кардинальним чином відіб'ється на їх формі. Дизайнеру ж має завдання - довести їх до естетичної досконалості. А тепер зануримося трохи в історію. Чималий інтерес представляють підводні апарати Джевєцького і підводний човен Вадінгтона.

Починаючи з 1876 року російським винахідником Джевецький були розроблені і випробувані два човни, які можна віднести до розглянутого нами класу підводних засобів руху.

Корпус першого човна мав чечевицеподібних форму і був виготовлений з металу. Така форма ПЛ забезпечувала достатню керованість, швидкість і хорошу стійкість.

У корпусі човна на рівні плечей людини були зроблені спеціальні отвори, що закриваються зсередини, зовні до цих отворів були прикріплені гумові рукавички, які дозволяли людині від'єднувати розташований на зовнішній поверхні вантаж (міну), виконувати нескладні маніпуляції.

У рух човен наводилася гребним гвинтом з велосипедним приводом, який дозволяв човні досягати необхідної швидкості.

Не менший інтерес представляє і другий човен Джевєцького. У Її формі максимально відображена морфологія риб. Екіпаж човна складався з чотирьох чоловік, що сидять спиною до спини по двоє. Голови екіпажу перебували у круглому куполі, забезпеченому ілюмінаторами з товстими стінками. У передній частині рульової вежі перебувала оптична труба з призмами і збільшувальними стеклами в її нижній частині (цей прилад, попередник перископа, дозволяв рульовому орієнтуватися під водою).

Підводний човен Вадінгтона.

Вадінгтон - англійський винахідник - побудував підводний човен
«Porpoise» в Сікомбле поблизу Ліверпуля в 1886 році. Корпус рибообразной форми був 37 футів довжиною і 6,5 футів в діаметрі в найширшій частині. Побудована вона була з тонких сталевих листів на міцному сталевому наборі. Для свого часу це була одна з найбільш «практично розроблених» підводних човнів
(іл. ___).

Риби досить добре врівноважені. Більшість риб має плавучість, близьку до нейтральної. Зустрічаються риби з негативною плавучістю, що пов'язано з образом їхнього життя. Для додання нейтральної плавучості риби розташовують пристосуваннями гідростатичного і гідродинамічного дії (плавальний міхур, парні грудні плавники).

Плавальний міхур являє собою мішок, розташований між хребтом і кишкою. Плавальні міхури бувають двох типів:

1. Відкритий плавальний міхур (наприклад, у золотої рибки, оселедцевих). Він з'єднаний протокою з горлом, так що повітря може надходити в міхур або видалятися з нього через рот.

2. Закритий плавальний міхур (наприклад, у тріски). Такий міхур повністю втратив зв'язок з горлом. Риба здатна зрівнювати щільність тіла з щільністю навколишнього води і зберігати нейтральну плавучість шляхом автоматичного або зменшення кількості газу в міхурі (іл. ___).

Принцип використання «відкритого плавального міхура» можна спостерігати у одномісній човни

Сторінки: 1 2 3

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар