Ход урока |
||
| СЛАЙД 1 | Впервые термин “нанотехнология” употребил Норио Танигути в 1974 году. Практически 40 лет назад. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. | 1 нм |
| СЛАЙД 2 | Отгадайте, кто это? “Длина его составляет от 8 до 30 см. Голова довольно широка и сильно сплющена, глаза без век со щелевидным зрачком, шея коротка, тело толстое и сплющенное, хвост умеренной длины, по большей части весьма ломкий. Тело покрыто мелкими бугорчатыми и зернистыми чешуйками. Водятся в теплых странах ”… |
Подсказка: пресмыкающееся |
| СЛАЙД 3 | ГЕККОН – НЕОБЫКНОВЕННОЕ ЖИВОТНОЕ | |
| Речь идет о гекконе – безобидной красивой ящерке. Приходилось ли вам когда-либо наблюдать за гекконом, бегающим по стенам и потолку? Уверяю вас, это захватывающее зрелище. Эти маленькие тропические ящерицы вызывают наше восхищение своим умением удерживаться практически на любой поверхности. | ||
| Постановка проблемы | Как им это удается? Ваши предположения. Фотография геккона на гладкой вертикальной поверхности |
Предположения детей. Работа в группах. Запись на лист. Прилипание? Присасывание? Электростатическое притяжение? Сцепление между шероховатыми поверхностями? СЛАЙД 4 |
| Проверьте ваши предположения, прочитав текст. Приложение 1. | ||
| Гекконы способны
карабкаться по крутым склонам, взбираться по
гладкой стене со скоростью 1 м за 1 секунду и даже
бегать вверх тормашками по потолку из
полированного стекла (!). При этом, находясь на стене, гекконы могут поддерживать вес тела всего одной лапкой. Альпинисты могут только позавидовать таким трюкам. Но как же гекконам это удается? Поиск разгадки занял почти 100 лет. Эти ящерицы могут перемещаться таким образом благодаря растопыренным ступням, похожим на ладони. У гекконов на пальцах есть маленькие гребни, покрытые тонкими волосками (щетинками). Пальцы геккона прилипают практически к любому материалу (металл, древесина, стекло, гранит) при любых условиях (даже под водой или в вакууме), и при этом они никогда не загрязняются, не изнашиваются и не прилипают случайно к ненужным местам. Просто фантастика, не правда ли? Предлагались несколько объяснений: Прилипание? Не оправдалось и предположение, что геккон бегает по стеклу, приклеиваясь к его поверхности клейкой жидкостью, подобно тому, как держится на разных предметах улитка. В случае клейкой жидкости на стекле оставались бы следы от его лап; тем более никаких желез, способных выделять такую жидкость, на лапах геккона не обнаружено. Присасывание? Сначала полагали, что весь секрет в уникальных присосках, которыми снабжены лапки животного. Но выяснилось, что на лапах геккона нет ничего, похожего на присоски, которые, обеспечивали бы ящерице хорошее сцепление.Электростатическое притяжение? Оно возникает между электрически заряженными объектами, например, между пластмассовой расческой, потертой тканью и маленькими кусочками бумаги. Но когда ученые создали условия, при которых любой заряд исчезал, лапки геккона все равно прилипали.Сцепление между шероховатыми поверхностями? Но гекконы могут прилипать даже к полированному стеклу. |
||
| Оправдались ваши предположения? | Нет | |
| СЛАЙД 5 | Механизм “прилипания” геккона
удивляет своей гениальностью Разгадка этого явления буквально поразила людей. Ученые внимательно изучили лапку геккона под микроскопом. |
|
| СЛАЙД 6 | Так выглядит лапка геккона при
увеличении хорошим фотоаппаратом. А так при увеличении электронным. |
|
| СЛАЙД 7 | Фотография щетинок геккона. Выяснилось, что она покрыта мельчайшими волосками ( щетинками), толщина которых в десять раз меньше, человеческого волоса. Они очень плотно размещены – до 14400 щетинок на 1 мм2 или около 1,5 миллиона на см2 |
(См. рис. 4б) |
| Фотография одной щетинки геккона. Однако, это еще не все. Каждая щетинка, в свою очередь, на конце расходится в 400-1000 лопатообразных кончиков, диаметр каждого из которых всего 200 нм! | (Рис 4в) | |
| Каждое ответвление заканчивается на конце треугольной лопаточкой Эти лопаточки невероятно крохотные. Только задумайтесь над этими цифрами: каждая лапка геккона площадью контакта чуть больше 1 см2 может прикасаться к поверхности двумя миллиардами окончаний! Просто очевидное невероятное! | (Рис 4г, 4д). | |
| Сотни миллионов этих волосков позволяют цепляться за малейшие неровности поверхности. Даже совершенно гладкое, на наш взгляд, стекло дает гекконам достаточно возможностей зацепиться. | ||
| Такая сила действует на очень маленьких расстояниях (между молекулами) и резко уменьшается при увеличении расстояния между поверхностями. Она начинает действовать только тогда, когда поверхности максимально близко приближаются одна к другой. Но чтобы такая слабая сила удерживала геккона на вертикальной стене, необходима огромная площадь близкого контакта между лапкой геккона и поверхностью. | ||
| Чтобы разместить такое же количество человеческих волос с плотностью средней шевелюры, потребовалась бы площадь целого футбольного поля. Обычная лапка геккона имела бы намного меньшую площадь близкого контакта, лишь в отдельных местах молекулы лапки очень близко приближались бы к поверхности. А особенная лапка геккона, благодаря плотному размещению щетинок и их разделению (на конце) до тысячи разветвлений, имеет в миллионы раз большую площадь близкого контакта, а значит и силу прилипания (силы Ван-дер-Ваальса). Именно дизайн (геометрия), а не химический состав поверхности, дает возможность геккону удерживаться даже на потолке. | Фотография геккона на стекляном
потолке. СЛАЙД 8 |
|
| Удивительные способности Одна щетинка геккона достаточно крепка для удержания целого муравья. Ящерица могла удержаться, например, на потолке при помощи всего одного пальца своей пятипалой лапы или кончика хвоста. Теоретически, 6 миллионов щетинок геккона могут удерживать навесу двух человек. Следовательно, удерживая себя самого, такого маленького, у него остается запас силы для передвижения в природной среде обитания: на неровных загрязненных поверхностях, при тропических штормах и т.д. |
||
| Когда геккон опускает лапку на
поверхность, лопаточки на концах нанощетинок
столь плотно прилегают к ней, что лапка как бы
прилипает к вертикальной стене или потолку. Но
чуть геккон напряжет мышцы и потянет лапку –
силы Ван_дер_Ваальса исчезают, и она легко
отделяется от поверхности! Но еще более удивительной и впечатляющей является способность геккона прилеплять и отлеплять лапку от поверхности целых 15 раз в секунду! |
||
| Технологии будущего | Что можно создать используя это
открытие? Предположение детей. |
|
| РАБОТА В 4-х ГРУППАХ Приложение 2. | Чтение текстов по группам. | |
| Карточка для 1-й группы. | Все это побудило исследователей к попыткам использовать сделанное открытие. Сотрудники американской компании iRobot сконструировали робота, который может передвигаться вертикально по стенкам аквариума. В дальнейшем планируется снабдить его искусственными волосками и увеличить прижимающую силу. А если удастся прикрепить к роботу хвост геккона, он сможет бегать по острым граням. | |
| Карточка для 2-й группы. | Если эксперименты по созданию ящерицеподобных роботов будут успешными, эти механизмы можно будет использовать в самых разных областях – от мытья окон в высотных зданиях до путешествий по пыльным тропинкам далеких планет. | |
| Карточка для 3-й группы. | Можно положить данный принцип в основу изготовления липкой ленты, подобной скотчу, которую можно использовать повторно и даже в вакууме (обычный скотч в космосе не работает). Ведутся разработки нового поколения так называемых “сухих клеев”, которые будут обеспечивать высокую липучесть. | |
| Карточка для 4-й группы. | Можно изготовить обувь и перчатки, прочно удерживающие человека на вертикальной стене. Они облегчили бы жизнь не только альпинистам и монтажникам-скалолазам, но и всем остальным людям. | |
| Подведем итоги. | Что пытаются создать люди, разгадав “секрет” геккона? | Ответы детей по группам. |
Список литературы:
- Статья Д.Куровского “Механизм “прилипания” геккона удивляет своей гениальностью”
- yandex.ru/yandsearch?text=лапа геккона&pos=6&rpt=simage&img_url=http%3A%2F%2Fwww.nanojournal.ru%2FAttachment.aspx%3FId%3D368
- yandex.ru/yandsearch?text=геккон&noreask=1&pos=3&rpt=simage&lr=213&img_url=http%3A%2F%2Feublepharis.ru%2Fgallery%2Falbums%2Fuserpics%2F10002%2Fnormal_gekko-vittatus-1.jpg