内蒙古某中学高中生物课外研究课件:仿鱼尾推进原理-(共23张).pptx
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1、仿鱼尾推进原理初探 仿形 仿理 仿自然内蒙古包头市包钢一中 段霄驰一、仿生学概述 什么是仿生学?仿生学仿什么?怎么仿?仿生学就是模仿生物的某种构造和功能,用来提高工程技术的综合指标和性能。模仿蜻蜓、苍蝇的视觉原理,我们发明了电子复眼;模仿海豚、蝙蝠的探物机理,我们发明了声纳雷达;模仿鸟的飞行效果,我们发明了飞机(包括固定翼飞机,旋翼飞机和扑翼飞机)。但人类在仿生学的进程中并非一帆风顺,一路凯歌。我们知道,鱼、鸟、蜻蜓是没有思维能力的,它们游动、飞行、视物都是出于自然的本能反应,而自然本能的东西应该是最简单、最直接、最省时省力的方式。仿生就是模仿生物的形态、构造等几何属性,就是模仿生物的运动变化
2、机理,就是模仿生物自然本能的东西,简言之就是仿形、仿理、仿自然。二、仿生建模的意义 1.仿生建模的意义在于,一是把现实世界中普遍存在的规律性的现象高度抽象概括,归纳出一般性的结论,给出物理(材料、力学)、数学(几何、代数)模型,二是用一般性的结论(性质、定理、公式、方程等)去指导生产实践。而力学模型的给出必须高度依赖牛顿三大运动定律(一般的运动物体达不到光速,也不可能跌入黑洞,相对论在这里还派不上用场),脱离了“牛三”定律去研究运动现象,就像建高楼没有打桩一样,是很不靠谱的。2.数学模型的建立,一要解释证明相应的物理现象、物理规律,二要指导生产实践,建模应建立在应用的基础上。因此仿生建模必须有
3、高度的概括性,简单明了,直指要害,同时要有较强的可操作性(包括设计、加工、生产),能直接应用于生产实践。三、建模1.从应用的角度看,仿生建模应该解决好两方面的问题,一是模型的物理属性(材料力学性能、运动力学原理),二是模型的数学属性(包括几何形状、代数表征),二者缺一不可。2.在已经公开的一些资料及已经上市的一些产品中,仿生鱼的尾鳍主要采用了两种结构:一种是刚性结构(运动过程中基本没有形变),一种是柔性结构(运动过程中形变较大)。这两种结构的仿生鱼有的能在水中游动,但效果不理想,速度慢,稳定性、灵活性差。3.我们应该确信鱼尾摆应该是弹性结构,在鱼尾摆的摆动过程中,鱼尾摆发生弹性形变,正是这种弹
4、性形变向鱼或提供了前进的动力。4.不仅人类在向更高、更快、更远挺进,一些动物更是以其独特的能力让人类望尘莫及,自叹弗如。我们来看一组数据:跳蚤体长仅2mm,却能跳到300mm的高度,是其体长的150倍;蚂蚁能衔起其体重170倍的食物;猎豹奔跑的速度可达100公里每小时;旗鱼游泳的最快速度是110公里每小时;海豚可以跃离水面5米之多。5.这些现象说明肌肉的爆发力是非常惊人的,猎豹快速奔跑,海豚高高跃起,都说明肌肉做功的效率很高,这种高效率源于肌肉是一种弹性蛋白质,所有生物的各种运动,包括跑、跳、飞、游,都离不开这种蛋白质。6.鱼尾的摆动、鸟翼的扑动,都是通过肌肉运动实现的,而鱼之所以能向前游动,
5、鸟之所以能在天空飞翔,就是因为在鱼尾摆动、鸟翼扑动时鱼尾和鸟的翼翅由于形变储备了巨大的弹性势能,这种弹性势能就是鱼和鸟游动、飞行的动力所在。7.解剖学证明,鱼尾和鸟的羽毛都具有非常好的弹性,结合上述分析,我们更有理由认为鱼尾摆和扑翼应建为弹性模型,只有弹性模型才更切合鱼和鸟的运动机理,也更切合牛顿运动定律与伯努利流体力学定律。四、国内外仿生机器鱼一览台籍委员:情牵台湾同胞福祉台籍委员:情牵台湾同胞福祉 心系两岸和平稳定心系两岸和平稳定台籍委员台籍委员:情牵台湾同胞福祉心系两岸和情牵台湾同胞福祉心系两岸和平稳定平稳定今天下午今天下午,全国政协十一届二次会议在人民大会堂开幕。与会的台籍政协委员全国
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