Посудин укр.

Бора сильний, холодний і поривчастий вітер, що походить з області невисоких горних хребтів і пересувається у бік теплого моря. Утворюється в холодну пору року, коли над холодним континентом виникає область підвищеного тиску, а над теплим морем область низького тиску. Над хребтом переріз повітряного потоку зменшується, а швидкість збільшується. Швидкість вітру під час бори досягає 40 60 м/с, температура повітря може зменшуватися до 200 С. Тривалість бори 1 3 дні.

2.4. Вплив вітру на живі організми

Здатність комах, які літають, орієнтуватися відносно такого зовнішнього стимулу як вітер, тобто рухатися до цього стимулу або від нього, називається анемотаксисом. Комахи прагнуть летіти вздовж вітру, якщо вони знаходяться у контакті з клубом феромону, або повертати проти напрямку вітру або перпендикулярно йому, якщо цей контакт втрачений. Феромони (від грецького pherein нести або переносити та hormōn збуджувати або стимулювати) – це молекули, що переносяться вітром і використовуються комахами у пошуках статевих партнерів та для комунікації. Крім того, комахи можуть контролювати своє положення під час польоту спостереженням за наземними об’єктами.

Мухи мають рецепторні органи на антенах, які чутливі до вітру і допомагають змінити положення тіла відповідно до напрямку і швидкості вітра.

Жуки можуть орієнтуватися відповідно до напрямку вітру завдяки джонстонівському органу на антенах.

Медоносна бджола спроможна оцінювати швидкість потоків повітря та їх напрямок під час польоту завдяки чутливим волоскам, які діють як аеродинамічні датчики. Розташовані ці волоски на складних очах бджоли (рис.2.1), на деяких ділянках голови та крилах. Оцінка швидкості руху відносно земної поверхні відбувається візуально, за рахунок фоторецепторів. Затрати енергії під час польоту дозволяють бджолі мати уявлення про відстань польоту. Отже, вітровий режим безсумнівно впливає на продуктивність бджіл.

Крім того, бджола отримує інформацію через рецептори тиску, які знаходяться на стінках медового мішка: тиск зменшується, якщо мішок спорожнюється.

Сенсорні волоски сарани збуджуються при їх зміщенні під впливом вітру і реагують на вітер шляхом підвищення частоти генерації електричних імпульсів від 50−70 Гц до 245 Гц.

28

Вітер без сумніву впливає на рослини. Вітер викликає настичні рухи рослин, стимулює перенесення теплоти та маси, зміни опору граничного шару приземного повітря, зміну рослинної архітектури.

На відкритих місцях вітер може придушувати розвиток рослинності, особливо дерев, які ростуть на відкритих місцях; вплив вітру призводить до затримки їх росту та викривленню стовбура, збільшення транспірації в умовах низької вологості, поширення міграції насіння, плодів, спор, перенесення частинок грунту та агрохімічних препаратів.

Під час ураганів можливе перенесення рослин і тварин на великі відстані, що впливатиме на склад

лісових суспільств. Негативними наслідками дії сильних вітрів є інтенсифікація процесу випаровування, видування посівів, пошкодження сходів, повітряна ерозія, вилягання зернових культур, вітровали і буреломи.

2.5. Вимірювання параметрів вітру

Прилади, що визначають швидкість руху повітряних потоків, називаються анемометрами. Принцип дії полягає в перетворенні енергії поступального руху повітря в механічне обертання різноманітних вертушок, вітрових коліс або гвинтів. Найпоширенішеми є анемометри чашечкового та пропелерного типів.

Анемометр чашечкового типу складається з трьох-чотирьох півсферичних чашок (рис. 2.2). Порогова чутливість чашечкового анемометра становить від 90 мм/с до 2,24 м/с. Анемометри цього типу прості та чутливі. Анемометр пропелерного типу містить тричотирилопатевий пропелер, вісь якого показує напрямок вітру (рис.2.3). Гранична чутливість пропелерного анемометра становить 1,1 м/с; використовують ці прилади для вимірювання швидкості вітру до 90 м/с. Перевагою анемометра пропелерного типу порівняно з чашечковим є його мала вага (пропелер може бути виготовлений з пластмаси), у три рази більша швидкість обертання і можливість вимірювань слабких повітряних потоків.

29

Передавач посилає неперервні або імпульсні ультразвукові хвилі. Час проходження хвилею відстані між передавачем та приймачем залежить від того, збігається чи ні напряок поширення вітру з ультразвуковою хвилею.

Швидкість вітру, яку вимірюють ультразвукові анемометри, досягає 30 м/с. Недоліком ультразвукових анемометрів є залежність швидкості поширення ультразвуку від температури, вологості, атмосферного тиску, що потребує відповідної калібрування приладів. Крім того, електронне обладнання підвищує вартість приладів цього типу.

Доплерівський анемометр діє на основі ефекту Доплера: при опромінюванні об’єкта, який рухається зі швидкістю V, ультразвуковою хвилею певної довжини хвилі відбувається розсіювання хвилі, причому частота (довжина хвилі) розсіяної ультразвукової хвилі залежить від швидкості руху об’єкта. Допплерівський зсув частоти ультразвукової хвилі, розсіяної під кутом об’єктом, що рухається зі швидкістю υ, описується виразом:

де – кут між напрямком швидкості υ і напрямком поширення ультразвукової хвилі. Допплерівські анемометри здатні вимірювати швидкість вітру на висотах до 1 км; точність вимірювання становить 5 %.

Визначення напрямку вітру здійснюється флюгерами, які явля-

ють собою металеву пластину прямокутної форми, що обертається навколо вертикальної осі. Для одночасного вимірювання швидкості і напрямку руху повітря використовують анеморумбометр. Кількість обертань повітряного гвинта цього приладу перетворюється в послідовність електричних імпульсів, частота яких пропорційна швидкості вітру, а фазовий зсув залежить від напрямку.

Аудиторні завдання

1.Назвати причини, що призводять до утворення вітру.

2.Перевести одиницю вимірювання швидкості вітру “вузол” у “м/с” та “км/год”.

Альтернативний тест

Чи вірно ствердження, що сила Коріоліса максимальна на полюсах: Так Ні

31

Парно-вибірковий тест

Знайти відповідні пари “Характеристика вітру - наслідки”

Акордно-вибірковий тест

Знайти вірну відповідь на запитання

“Які причини виникнення вітру викликаються добовим обертанням Землі?

1. градієнти тиску; 2. сила Коріоліса; 3. гравітаційна сила; 4. відцентрова сила; 5. сила тертя.

Репродуктивний тест

В чому полягає перевага: 1.Допплерівського анемометра? 2. анемометра пропелерного

типу?

Конструктивні тести

1.Пояснити причини виникнення сили Коріоліса. Перевірити розмірність правої та лівої частин рівняння 2.2.

2.Як залежить сила Коріоліса від широти місцезнаходження?

3.Як залежить швидкість вітру від висоти? Чому дорівнює швидкість вітру на границі тропосфери? На якій висоті швидкість вітру становить 150 м/с?

4.Чому чутливість анемометрів чашечкового та пропелерного типів різна?

5.У чому проявляється позитивний вплив вітру на живі організми?

32

3. ГРАВІТАЦІЯ

3.1. Визначення гравітації

Розглянемо сили, що діють на нерухоме тіло, розташоване на земній поверхні. З боку Землі діє сила тяжіння F, що визначається за законом всесвітнього тяжіння:

де m маса тіла; Mз маса Землі; Rз радіус земної кулі.

Гравітаційна взаємодія між тілами здійснюється за рахунок гравітаційного поля. Основною властивістю цього поля є те, що на будьяке тіло масою m, розміщене в цьому полі, діє сила гравітації:

де вектор E не залежить від m і називається напруженістю гравітаційного поля:

дії сили тяжіння. В кожній точці гравітаційного поля відношення сили, що діє на матеріальну точку, до її маси є величиною сталою і на-

33

9,80 м/с2. Для точок, що розміщені поблизу поверхні Землі, приско-

поля.

Таким чином, універсальна взаємодія між будь-якими видами фізичної матерії називається тяжінням або гравітацією.

3.2. Вплив гравітації на живі організми

Гравітаксис водоростей. На відміну від інших зовнішніх стимулів гравітація існує завжди і не змінюється за величиною; її не можна увімкнути чи вимкнути. Вертикальна міграція водних мікроорганізмів являє собою поведінковий механізм пошуків оптимального з точки зору їх росту та репродукції положення у водному середовищі. Водні мікроорганізми використовують світло як зовнішній стимул: при низьких рівнях освітлення вони демонструють позитивний фототаксис, прямуючи до водної поверхні з тим, щоб отримати достатнє для життєдіяльності сонячне випромінювання. Але при високих інтенсивностях сонячного випромінювання вони використовують негативний фототаксис, прямуючи у глибину з тим, щоб запобігти руйнівної дії цього випромінювання. Фотоорієнтація не має місця у темряві, але є на значних глибинах, де світла не вистачає. В цьому разі водні організми використовують гравітацію як зовнішній фактор для вертикальної орієнтації.

Гравiтацiйне поле Землi є важливим зовнiшнім фактором для oрганiзмiв, що пересуваються у водному середовищi. Таку здатність органiзмiв орiєнтувати напрямок свого руху вiдносно гравiтацiйного поля називають гравiтаксисом. Гравітаксис спостерігається у таких водоростей як Euglena gracilis, Chlamydomonas nivalis, Cryptomonas, Peridinium gatunense та P. faeroense, Amphidinium caterea, Prorocentrum micans, Dunalialla salina. Напрямок гравiтацiйноi

орiєнтацii органiзмiв залежить вiд виду та віку водорості. Так,

Peridinium faeroense та молода популяцiя Euglena gracilis виявляють позитивний гравiтаксис (рух від водної поверхні), у той час як

Chlamydomonas nivalis, Peridinium gatunense, Amphidinium caterea, Prorocentrum micans та старим популяцiям Euglena gracilis прита-

манний негативний гравiтаксис (рух до водної поверхні). Рiвень гравiтацiйної орiєнтацiї водоростей визначається вiком культури та часом доби, наявнicтю важких металiв у середовищi, впливом сонячного, зокрема ультрафіолетового випромiнювання. Таким чином, гравітаксис є важливим екологічним фактором, який дозволяє водним організмам знаходити кращі умови існування.

34

Щодо механізмів гравітаксису водоростей, то тут існує дві гіпотези. Згідно з першою гіпотезою пасивної переорієнтації, гравітаксис є чисто фізичним явищем, яке пояснюється нерівномірним розподілом маси в клітині. Важка частина клітини утворює обертаючий момент, який установлює клітину у вертикальне положення; завдяки дії джгутикового апарата клітина прямує до водної поверхні. Але ця гіпотеза не підтверджується результатами останніх досліджень. Так, гравітаксис Euglena gracilis інгібується ультрафіолетовим випромінюванням, тоді як швидкість руху залишається незмінною. Перша гіпотеза не здатна пояснити, чому молодим популяцiям E. gracilis притаманний позитивний гравiтаксис, тоді як старим – негативний. Не пояснюється також реверсія гравітаксиса під впливом важких металів. Експерименти, що були проведені у космосі, свідчать про те, що гравітаксис водоростей залежить від рівня гравітації, але не від магнітного чи електричного поля Землі.

Отже, була запропонована друга гіпотеза, згідно з якою гравітаксис є активним фізіологічним процесом, в основі якого лежить різниця густини тіла клітини (1,05 г/мл) та середовища (1,00 г/мл), в якому вона знаходиться. Внаслідок седиментації тіло клітини утворює тиск на клітинну мембрану, що призводить до її зміщення на 1 нм та активізації чутливих до гравітації іонних каналів. На користь цієї гіпотези свідчать результати застосування специфічних препаратів – інгібітора механочутливих каналів гадолінію, іонофору А23187 та ванадату, які навіть при незначних концентраціях пригнічують гравітаксис, тоді як рухливість клітин залишається незмінною. Крім того, ці результати дають можливість допустити участь у механізмі гравіорієнтації електричних потенціалів, що виникають на цитоплазматичній мембрані.

Типову схему спостереження та оцінювання гравітаксису водоростей наведено на рис. 3.1. Система склададається з таких елементів як: 1– мікроскоп; 2– відеокамера; 3 – система обробки інформації;4 – монітор спостереження за популяцією; 5 – монітор спостереження за окремою клітиною; 6 – комп'ютер.

35