Co pomaga rybom pływać?
Twórcy samochodów startujących w wyścigach niemal od stu lat poprawiają swoje konstrukcje, aby ich pojazdy poruszały się szybciej i były bardziej zwrotne. Ryby od kilkuset milionów lat mają doskonałą budowę i sprawność, aby szybko poruszać się w wodzie.
jak środowisko życia wpływa na budowę organizmów,
charakterystyczne cechy budowy ryb,
w jaki sposób ryby przystosowały się do życia w wodzie.
Porównasz opór stawiany przez wodę i powietrze.
Wyjaśnisz, dlaczego ryba ma opływowy kształt.
Określisz rolę pęcherza pławnego u ryb.
1. Gdzie łatwiej się poruszać?
Ryby całe życie spędzają w wodzie i bez problemu się w niej poruszają. Czy wszystkim organizmom łatwo to przychodzi? Ci, którzy byli nad morzem lub jeziorem, wiedzą, że inaczej biega się po mokrym piasku, inaczej w wodzie sięgającej do kolan, zaś bieganie w wodzie do pasa jest niemal niemożliwe. Teraz możemy zrobić doświadczenia, wykazując różnice oporu stawianego przez powietrze i wodę.
Problem badawczy: Jak różni się opór stawiany przez powietrze i wodę?
dwie identyczne monety, np. pięćdziesięciogroszowe;
wysoki szklany pojemnik.
Napełnij przygotowany uprzednio pojemnik wodą.
Umieść obie monety na tej samej wysokości, jedną tuż nad powierzchnią wody, a drugą obok pojemnika z wodą, po czym wypuść je jednocześnie.
Obserwuj prędkość spadania obu monet.
Przeprowadź doświadczenie kilkakrotnie, aby upewnić się co do wyniku.
2. Jak pokonać opór wody?
Ryby podczas pływania muszą przezwyciężać opór wodyopór wody. Te same prawa dotyczą jednak wszystkich ośrodków, np. powietrza. Warto zwrócić uwagę, że zarówno ptaki, jak i samoloty, które osiągają znaczne prędkości w locie, mają opływowy kształt ciała (lub kadłuba) i skierowany ku przodowi długi dziób. Podobnie jest z poruszaniem się w wodzie. Jednak stawia ona znacznie większy opór niż powietrze. Dlatego właśnie łatwiej poruszają się w wodzie obiekty o podłużnym, wrzecionowatym kształcie. Oznacza to wąski, wydłużony przód, poszerzenie w środku i zwężenie ku tyłowi. Przypomnij sobie, jaki kształt ma większość ryb, a także kształt kajaków, łodzi, jachtów, statków, okrętów czy łodzi podwodnych. W celu potwierdzenia zrób następujące doświadczenia.
Problem badawczy: Jak kształt obiektu wpływa na prędkość jego spadania?
dwa takie same balony,
dwie identyczne kartki formatu A4,
kawałek folii aluminiowej,
dwa wysokie słoiki, przezroczyste wazony albo akwaria lub wysokie szklane cylindry laboratoryjne.
Nadmuchaj i zawiąż jeden z baloników, a drugi pozostaw nienadmuchany.
Upuść oba baloniki na podłogę jednocześnie z tej samej wysokości.
Jedną z kartek papieru złóż kilkakrotnie wzdłuż, a drugiej nie zginaj. Obie trzymaj poziomo.
Upuść obie kartki jednocześnie na podłogę z tej samej wysokości.
Podziel folię na dwie części, jedną z nich zgnieć w kulkę.
Obydwa kawałki folii wrzuć jednocześnie do wysokiego naczynia. Pamiętaj, aby płaski kawałek wrzucić poziomo.
Obserwuj, który kawałek szybciej opadnie na dno.
Doświadczenia powtórz kilkukrotnie.
Nie wszystkie ryby mają opływowy kształt ciała, dlatego nie umieją szybko pływać. Na przykład koniki morskie trudno nazwać dobrymi pływakami. Jednak kształt ich ciała doskonale je maskuje, gdy kryją się wśród podwodnych roślin. Umiejętność szybkiego pływania nie jest więc im potrzebna.
3. Jak działa pęcherz pławny?
„Ciało zanurzone w wodzie pozornie traci na wadze tyle, ile waży wyparta przez nie woda”. Z tego powodu ryby zanurzone w wodzie w porównaniu do zwierząt lądowych są „lżejsze” o masę wypartej wody. Stąd w wodach mórz i oceanów mogą żyć największe i najcięższe znane nam zwierzęta. Ryby, tak jak i ludzie czy okręty, są cięższe od wody, ale w niej nie toną. Potrafią też wypływać na jej powierzchnię lub zanurzać się głęboko.
Im głębiej zanurza się ryba, tym z większą siła ciśnie na nią otaczająca ją masa wody. Żeby móc wyrównać to ciśnienie i pływać na różnych głębokościach, ryby posiadają pęcherz pławnypęcherz pławny. Ma on postać komory, która w razie potrzeby wypełnia się gazem. Wówczas ryba wypływa bliżej powierzchni. Możemy to lepiej zrozumieć, wykonując doświadczenie.
Zbadanie zasady działania pęcherza pławnego.
mały zakręcany słoik lub szklana zakręcana buteleczka,
wysoki, duży pojemnik (np. wysoki wazon, akwarium, wiaderko itp.).
Napełnij zarówno duży pojemnik, jak i mały słoik wodą.
Zakręć słoik i wrzuć go do dużego pojemnika.
Wyjmij słoik z dna pojemnika i odlej z niego trochę wody. Zakręć słoik i ponownie wrzuć do pojemnika.
Jeżeli słoik tonie, to odlej z niego jeszcze trochę wody i spróbuj ponownie.
Jeżeli słoik pływa po powierzchni, to dolej trochę wody i spróbuj ponownie.
Powtarzając te czynności i zmieniając ilość wody oraz powietrza, możesz osiągnąć stan, w którym zakręcony słoik z pęcherzem powietrza wewnątrz będzie unosił się między dnem a powierzchnią wody.
Szkło i zakrętka są cięższe od wody, więc słoik napełniony wodą tonie. Powietrze jest lżejsze od wody, więc słoik zawierający dużo powietrza pływa po powierzchni.
Podsumowanie
Woda stawia większy opór poruszającym się obiektom iż powietrze.
Obiekty o opływowym kształcie szybciej poruszają się w powietrzu i w wodzie.
Pęcherz pławny umożliwia zrównoważenie nacisku wody na ryby, co umożliwia utrzymywanie się w bezruchu na różnych głębokościach i nieopadanie na dno.
Praca domowa
Wyjaśnij, w jaki sposób kształt motorówek pozwala na osiąganie dużych prędkości.
Słownik
siła działająca w przeciwnym kierunku niż poruszające się ciało w wodzie
narząd we wnętrzu ciała wielu ryb mający postać worka napełnianego w razie potrzeby gazem; umożliwia zmianę głębokości zanurzenia
Zadania
Wskaż, czym jest wypełniony pęcherz pławny u ryb.
- gazem
- wodą
- krwią
- sokami trawiennymi
- tlenem