• << Înapoi

• Tema 9 - Tehnologia naturii si natura tehnologiei

Cuprins:
1. Provocări
2. Trasee de cunoaştere
3. Exemple de abordare integrată
4. Resurse suplimentare

Provocări

• Ce spune scrisul despre noi?
• Cât de mult se inspiră tehnica din natură?
• Cum poate ajunge omul asemenea plantelor şi animalelor? Şi la ce îi foloseşte asta?
• Cum a influenţat studierea păsărilor istoria aviaţiei?

[cuprins]

Trasee de cunoaştere

• Natura umană Educatia Eco – friendly
• Constructii ecologice
• Energia solara – impact asupra naturii
• Spiritualitate si tehnologie
• Tehnologia IMAX
• Bioluminiscenţa – fungi, insecte, peşti. Tema poate fi abordată din perspectiva biologiei, a fizicii, chimiei şi geografiei (raspândirea pe glob).
• Cascadele – surse de energie. Tema se poate studia din perspectiva fizicii, a matematicii şi a geografiei.
• Memoria metalelor (structuri metalice cu memorie) – memorii magnetice, banda magnezică, floppy-disk, hard-disc.
• Mătasea de păianjen vs kevlar
• Fagurii – tehnologia albinelor, structuri în construcţii (se pot realiza studii de caz din perspectiva biologiei, fizicii, chimiei şi a istoriei ştiinţei).
• Sisteme de orientare sugerate de vieţuitoare: liliecii, delfinii,etc.
• Atât de simplu dar atât de complex: gheaţa
• Aerodinamica – de la păsări la construcţia avioanelor. Studiu de caz: Începuturile aviaţiei.
• Biotehnologiile: aspecte ştiinţifice, securitatea alimentară, modificări genetice.
• Inteligenţa naturii vs. inteligenţa artificială. Se pot studia aspecte din biologie, informatică, matematică.
• Tehnologie inspirată din natură: SONAR
  

[cuprins]

Exemple de abordare integrată

Subtema 1. Natura Umană.”Individul se asociaza cu unicitatea”

”Individul se asociază cu unicitatea”
La început omul si-a pus întrebări despre Dumnezeu, despre Univers, despre natura care îl înconjoară, si abia mai târziu a început să îsi pună întrebări despre el, despre natura umană: cine sunt? De unde vin? Care este rostul meu? De ce sunt asa? Cum as putea fi?  Cât de multe trebuie să stiu despre un om ca să îl cunosc?
Orice conceptie filozofică îsi propune o interpretare a Existentei, a naturii acesteia, pornind de la anumite enunturi sau principii. In acelasi timp, implicit sau explicit, formuleaza anumite teze prin care clarifică statutul existential specific omului si umanului. În viziune traditională, ontologia umanului apare ca o particularizare a ontologiei generale, deci ca o aplicatie si exemplificare a teoriei filozofice generale asupra existentei.
Conform filosofiei existentialiste, OMUL  ocupă un loc privilegiat în univers. Pragmatismul consideră că omul se află pe câmpul de război al judecăţilor, alegerilor şi deciziilor. Immanuel Kant , în lucrarea sa „Critica raţiunii pure” (1781) schimbă optica tradiţională şi porneşte pe o analiză critică a capacităţii de cunoaştere a omului, realizând astfel o apropiere de universul interior uman.
Interesul filosofiei pentru om, a apărut o dată cu sofistii si a fost dezvoltată de Socrate, respectiv Platon. De atunci teorii, paradigme, scoli filosofice au emis multe puncte de vedere, care desi promovează si aspecte divergente, nu se contazic în esentă, ci se completează. Pot stiinsa, religia, filosofia să explice existenta noastră în timp si spatiu?
Elaborati un eseu de minimum 5 000, maximum 15 000 de caractere, (3 pagini A4) urmărind paradigmele de mai jos:

1. Suntem unici? Suntem la fel?
2. Integrare prin diferentiere.
3. Dacă nu ar fi întunericul, cum am sti ce e lumina?
4. Eu cum sunt? Mă cunosc suficient?

Analiza Grafologică
Va amintiti ca trebuia sa vagânditi cum anume se face o litera sau alta? Ati exersat desenând mai întâi bastonase si linii. Abia apoi ati început sa formati litere si cifre cu acestea. Acesta a fost un proces constient. Ca adulti nu ne mai gândim cum anume trebuie sa facem literele, pur si simplu scriem cursiv, totul petrecându-se în inconstient - spunem ca scrisul a intrat in competenta inconstienta, este un obicei, un act reflex, "un program automat" pe care îl "rulam".
În cazul scrisului de mână, pe măsură ce scriam literele în mod constient, usor-usor inconstientul preia această sarcină de a "desena" pe hârtie acele simboluri. Când scrisul devine un act reflex, nu trebuie decât să ne gîndim la sensul cuvintelor si creierul trimite imediat impulsuri electrice foarte fine către mâna si degetele noastre "spunându-le" exact cum să facă simbolurile învătate care denotă sensul a ceea ce gândim constient. Scrisul de mână este doar expresia unor miscări musculare deosebit de complexe si fine în acelasi timp (mână, degete). La fel cum putem cunoaste un om după postura, gestica, mimica si alte "indicii", la fel putem cunoaste personalitatea unui om analizând scrisul acestuia. Putem interpreta multe trăsături de personalitate din scrisul unui om - de la stăi emotionale simple precum fericire sau tristete, la lucruri intime precum sensibilitate sau frustrare sexuală.  Analiza Grafologică este sustinută atât de explicatii din domeniul medical, cât si de cel al psihologiei. In mod cert, Analiza Grafologică este, prin excelentă o stiintă empirică. Ea combină studierea unor factori fizici si emotionali în încercarea de a întelege oamenii si natura umană.
Câteva  aspecte care se urmăresc în analiza unui text din punct de vedere grafologică:
 • Mărimea scrisului
• Stilul liniilor de bază
• Spatierea dintre linii si cuvinte
• Forma literelor
• Unghiul si panta scrisului
Mărimea scrisului
În functie de mărimea literelor, putem determina următoarele tipuri:
 1. Scris foarte mic: indică o personalitate artistică. Oamenii cu acest tip de scris intră în detalii în orice fac. În general se specializează intr-un singur domeniu. Au un singur scop în viată si nu isi irosesc timpul sau energia în alte activităti.
2. Scris mic: indică un intellectual, o persoană educată,  cu un simt ascutit al observatiei. Acesti oameni sunt meticulosi, metodici si se descurcă bine in viată.
3. Scris mediu: este caracteristic persoanelor metodice si echilibrate cu o minte sănătoasă. Sunt mai potrivite în afaceri decât în acordarea unor servicii. Au capacitatea de a retine mai rapid si se pot descurca mai usor, desi pot avea deficiente educationale.
4. Scris mare: persoane cu o minte activă. Oamenii cu acet tip de scris sunt afectuoti, de încredere si îi pot influenta pe cei din jur. Foarte vorbăreti, dacă se concentrează mai mult asupra propriilor actiuni, pot excela usor.
5. Scris foarte mare:  Conducători . Nu pot suporta criticile, de aceea au succes tntotdeauna.
6. Scris constant, cu litere de aceeasi mărime: posesorul are o minte metodică.
7. Mărimea literelor descreste: persoană îndemânatică, sireată.
8. Mărimea literelor creste: persoană foarte sinceră.
Stilul liniilor de baza
1. Linii drepte: Dacă liniile sunt drepte, persoana are multă vointă. Dacă sunt perfect drepte, persoana poate fi chiar rigidă. Dacă sunt putin neregulate, persoana are aptitudini în mai multe domenii sau are capacitatea de a le percepe.
2. Panta descrescătoare: Indică un punct de vedere mai pesimist iar persoanele pot fi usor descurajate. Dacă scrisul are o tentă accentuat descendentă, atunci sunt considerate naive. Pot atrage simpatia celor din jur prin afisarea acetor incapacităti. Dacă o persoană nu arată bine si scrisul are o pantă abruptă în jos, acest fapt trebuie luat drept avertisment.
3. Panta crescătoare: Oamenii care scriu în acest mod sunt ambitiosi. Sunt, de asemena optimisti. Dacă scrisul are o pantă ridicată, probabil pot vorbi mult, pot avea prea multă încredere în sine. Dacă panta este putin îndreptată în sus, atunci e un semn bun. Dacă este foarte abruptă, calitătile pot fi exagerate.
4. Linii neregulate: Dacă liniile o iau în sus, dar numai spre sfarsitul propozitiei, în special în josul paginii, indică o personalitate puternică. Acesti oameni sunt curajosi până la exagerare.
5. Linii „căzătoare”: Dacă la sfârsitul unei linii si în josul paginii liniile se îndreaptă în jos, persoana se supără repede si se îngrijorează usor. Este slabă si predispusă la depresie.
6. Linii serpuite: Linile care coboară în mijloc si se ridică spre sfârsit indică o delăsare fată de muncă. Acest tip de persoane încep activităti fără tragere de inimă, fără nici un scop. Mai târziu devin entuziaste si termină lucrul cu bine.
7. Linii ridicate: Aceste linii se ridică în centru si apoi coboară spre sfârsit. Acest tip de persoane încep munca cu entuziasm, dar se descurajează usor si renuntă.

Spatierea
1. Spatiere mică: Dacă liniile sunt foarte apropiate una de alta si nu au spatiu între ele, arată o personalitate confuză, cu foarte multe gânduri îngrămădite în acelass timp în minte.
2. Spatiere normală: Aceste persoane nu se grăbesc niciodată. Sunt informali si clari în gândire si în comportamentul zilnic. Sunt echilibrati si corecti în afaceri.
 3. Spatiere mare: Foarte multe personalităti au acest tip de spatiere. Sunt metodici, grijulii si inteligenti. Sunt persoane cu un caracter puternic.
4. Scris cursiv - literele fiecărui cuvânt sunt legate între ele. Oameni fermi, care ies in evidentă, clari si cu o atitudine pozitivă. Lucrează într-un mod rafinat si sunt perfectionisti. Este marca unui sceptic.
5. Scris spart: doar câteva litere sunt deconectate. Acest tip de scris indică abilitatea de a interpreta caracterul uman. Scrisul lor pare ritmic si implică o gândire uniformă, cu mici sclipiri de inspiratie. Este intr-adevar scrisul oamenilor inteligenti.
6. Scris întrerupt:  toate literele sunt scrise separat. Acesti oameni trăiesc în propriile iluzii si sunt foarte creativi. Inevitabil este o persoană iubitoare de artă si natură. Nu confundati acest tip de scris cu literele de tipar.
7. Scris mic si înghesuit: cuvintele scrise înghesuit, indică persoane extrem de expresive. Oamenii cu acest tip de scris sunt precauti în probleme privind banii, fac afaceri profitabile si sunt suspiciosi.
8. Scris spatiat între cuvinte: scrisul cu litere foarte îndepărtate, apartin persoanelor expresive, dar extravagante. Nu sunt sistematici si sunt  risipitori. Uită foarte usor si trebuie să fie atenti în privinta banilor.
Analiza formelor literelor
 1. Litere rotunjite: Pare că persoana scrie lejer. Aceste persoane sunt lenese, capricioase si urăsc să muncească mult. Au tot timpul din lume să vorbească, dar li se pare că sunt ocupate. Sunt iubitoare de pace, respectă regulile si aspiră la lucrurile bune din viată.
2. Litere standard: Aceste litere sunt simple, fără decoratii. Scrisul e drept. Persoanele de acest tip sunt meticuloase, muncitoare si practice. Sunt în general ocupate si rezervate.
3. Litere ascutite: Acestea se disting fată de literele tip sau cele rotunjite. Oamenii care scriu asa sunt pline de viată si energie. Vor să conducă, dar sunt agresive si îsi doresc rezultate imediate.
Semnificatii ale ungiului si pantei
Unul dintre cele mai importante aspecte ale grafologiei este unghiul sau panta scrisului persoanei în cauză. Acesta necesită un studiu mai atent căci variatiile mici ascund semnificatii mai adânci.
1. Dacă panta este între 60 si 70 de grade, arată o persoană sensibilă, emotivă, dar si cu multă imaginatie. Devine agresivă la cea mai mică provocare si are o natură intensă. Cei din jur trebuie să fie foarte atenti cu acest tip de persoane având în vedere cât de usor se entuziasmează.
2. Dacă panta este între 70 si 80 de grade, acesti oameni sunt foarte generosi si drăguti. Îi pot face pe ceilalti fericiti si asta îi ajută să avanseze în carieră. Îsi împart fericirea cu cei din jur.
3. Dacă panta este între 80 si 90 de grade, este vorba despre un stil intens folosit si are o tendintă usoară către dreapta. Indică o natură cordială si o atitutdine prietenoasă către ceilalti. Acesti oameni sunt veridici si iau lucrurile usor. Nu este greu să te intelegi cu acest tip de persoane.
4. Dacă panta este de 90 de grade, arată o natură, egoistă. Aceste persoane sunt analitice si inexpresive, dar pot fi sincere si de încredere. Întotdeauna recunosc obligatiile si se dovedesc a fi buni prieteni.
5. Dacă panta este de 100 de grade, indic faptul că persoana îsi aminteste toate lucrurile bune si rele care i s-au intâmplat în trecut. Persoana este supusă si controlabilă, care se poate prăbusi când intâlneste probleme sau dificultăti.
6. Dacă panta este 120 de grade, persoana este rece si plină de sine si nu are respect fată de ceilalti.

Subtema 2. Educatia Eco – friendly 

Încălzirea globală, diminuarea zăcămintelor naturale de combustibil sunt probleme majore cu care umanitatea se confruntă în ultimele decenii si care sunt dependente. Pericolul că siguranta în alimentarea cu energie este perimată se suprapune peste poluarea mediului, care în 2008 depăsise cotele de atentie la mai multi parametri.  Se poate spune că în criza economică pe care  o traversăm este si o parte pozitivă dacă ne referim la scăderea consumului de combustibil.
Raportul realizat în 2008 de către Agentia Europeană pentru Protectia mediului, raport care evidentia că România si Bulgaria sunt cele mai poluate tări din UE, arăta că bulgarii respira în medie anual 55 de micrograme de praf, în vreme ce românii inhalează 52 de micrograme de praf. Asta în vreme ce media înregistrată în Uniunea Europeană este de 23 de micrograme de praf. “Sursele” de poluare evidentiate sunt maşinile, al căror număr creşte de la an la an, industria şi avântul imobiliar, din cauza căruia spaţiile verzi dispar, fiind înlocuite de construcţii. Lucrurile s-au schimbat radical în ultimul an în România, pentru că mulţi nu-şi mai permit alimentarea autoturismelor proprii, recurg la transportul în comun, astfel reducându-se traficul  ”cu procente variind între 5 şi 30 la sută în toate oraşele mari ale României.”  Urmările: aer mai curat şi reducerea poluării fonice. “Din punctul de vedere al mediului, asta se traduce în mai puţine emisii de substanţe nocive.”
În Bucureşti, cel mai afectat, în unele zone,  reducerea poluării a atins chiar şi nivelul de 40%.
Domeniul imobiliar, unul dintre cele mai afectate de criza economică, a lăsat şantiere abandonate, ceeace se traduce prin spaţii verzi salvate de la distrugere. ‘Asta se traduce tot prin mai mult aer curat.
În timp ce cei mai mari producători de energie din Europa sunt Olanda, Danemarca si Marea Britanie, Italia, Franta, Germania import si consumă mare parte din energia primară produsă de primii. Ca si producători de energie primară se evidentiază Algeria si Rusia.
Țările nordice, Finlanda, Suedia pun un accent deosebit pe protectia mediului si pe producerea de energie nucleară.
Austria are o poziţie privilegiată datorită potenţialului hidroelectric, care asigură circa 70 % din producţia internă de energie. Utilizarea biomasei ocupă locul doi, cu 11 % din producţia internă de energie. Belgia, total lipsită de combustibili fosili, se bazează pe importuri şi pe energie nucleară, deşi nu există planuri de dezvoltare a acestui sector în viitor. Belgia este una din susţinătoarele puternice ale politicii de energie în UE.

Portugalia se bazează mai ales pe potenţialul său hydroelectric si ajunge să importe în anii secetoşi până la 90 % din energia consumată. Grecia a înregistrat o creştere spectaculoasă a consumului de energie - dublu în 1992 faţă de 1973, tendinţa de creştere în viitor fiind chiar mai accentuată. Aproape 80 % din consumul de energie este asigurat din import. Spania importă peste 80 % din gazul metan, tot petrolul
şi aproape jumătate din cărbune. Moratoriul asupra energiei atomice a stopat dezvoltarea sectorului nuclear în această ţară. In Irlanda, peste 70 % din consumul de energie primară.
Interesul pentru protectia mediului în Europa diferă de la o tară la alta, de exemplu:
În Franta si Italia preocupările pentru protectia mediului este abia la început, în timp ce Norvegia îsi propune ca până în 2030 să nu mai folosească combustibili fosili pentru a reduce emisia de gaze cu effect de seră. Norvegia a investit mult în cercetare pentru a găsi surse noi, eco – friendly, de combustibil.
Suedia intentionează să stopeze utilizarea combustibililor fosili pe teritoriul său până în 2020. Va institui o politică de taxe pentru cei care vor tranzita Suedia si vor încălca această prevedere.
În Elvetia, în unele orase circulatia masinilor este interzisă. Se circulă numai pe jos sau cu bicicleta. Multe hoteluri si scoli folosesc hidroenergia ca sursă de încălzire.

Locuitorii New Delhi, Mumbai, Beijing, Shanghai, Moscova, Sankt Petersburg, dar şi Berlin, München sau Frankfurt respiră un aer mai curat de la începutul crizei.” 2009 a fost considerat a fi cel mai curat an din acest mileniu, sperându-se la o continuare a acestei tendinţe. Cât va continua acest trend internaţional ? Răspunsul depinde de noi.

Pe măsură ce rapoartele despre protectia mediului si nivelul de poluare în marile aglomerări urbane ne aduc concluzii îngrijorătoare, intersul pentru identificarea de surse de energii noi si regenerabile este si el în crestere. Temerile legate de încălzirea planetei au schimbat perceptia asupra energiei nucleare.
Este un fapt recunoscut acela că folosirea energiei nucleare şi a celor regenerabile, împreună cu eficienţa energetică crescută, conduc la limitarea efectului de seră al gazelor emise de combustibilii fosili. Abandonarea totală a energiei nucleare ar însemna ca 35 % din producţia de energie electrică să fie acoperită din alte surse. De aceea, opţiunea nucleară ramâne deschisă statelor europene care o doresc. Totuşi, procesarea şi transportul deşeurilor radioactive rămâne o chestiune încă nerezolvată. Noile ţări membre şi candidate care au reactoare vechi trebuie să le închidă sau să le modernizeze, aşa cum este cazul grupurilor nucleare de la centrala Dukovany din Cehia sau Kozlodui din Bulgaria. Statele vor trebui să-şi construiască sisteme naţionale de depozitare a deşeurilor radioactive.
Sursele de energie noi si regenerabile (biomasa, energia solară, energia eoliană, hidroenergia, pila fotovoltaică etc) au devenit pentru tările dezvoltate obiective strategice pentru structura productiei lor de energie.
Dezvoltarea unui sistem energetic durabil are si o conotatie eco – friendly, referitor la protectia mediului.
Minimizarea impactului de mediu are trei direcţii principale de acţiune: înlocuirea energiilor poluante cu altele mai puţin poluante, introducerea tehnologiilor de reducere a emisiilor de gaze şi creşterea eficienţei energetice.
În ce priveşte impactul asupra mediului, cele mai serioase probleme se referă la ploile acide, calitatea aerului, schimbările climatice, rezervele de resurse energetice şi chestiunile legate de utilizarea energiei nucleare, ca un caz aparte.
Si în consumul casnic există o preocupare de luat în seamă în privinta protectiei mediului si ”ecologizării consumului”.

Stiati că:

1. Trestia de zahăr  este sursă pentru asigurarea combustibulului pentru boilere în insula Mauritius?
2. Constructiile de lut sunt noua tendintă eco?
3. Casele din deşeuri din plastic au devenit un nou trend în materie de arhitectură alternativă?
4. Există Casă de piatră ca-n poveşti?
5. 100 de studenţi construiesc o casă ecologică?
6. Ati auzit de Casa solara modulara ecologica PowerHouse

Bibliografie:

1. Politica de energie a Uniunii Europene, Phare RO 0006.18.02, Politici Europene, 2003
2. www.ecomagazin.ro
3. Raportul Agentiei Europene pentru Protectia mediului, 2008

Subtema 9. Mătasea de păianjen vs kevlar

Pânza de păianjen a fascinat dintotdeauna, mai ales pentru incredibila rezistenţă a mătăsii din care este ţesută. Păianjenii nu sunt unicele artropode ce produc mătase, dar numai ei o folosesc pentru a vâna, construind pânze sau întinzând fire de semnalizare. Mătasea este produsă de glandele sericigene localizate în parte ventrală a opistosomii (în număr de până la 1000). Canalele acestor glande se deschid prin orificiile organelor, iar firele de mătase ce ies prin aceste orificii sunt împletite cu ajutorul ghearelor pectinate ale picioarelor. Glandele sericigiene secretă o substanţă vâscoasă care se solidifică în contact cu aerul. Din punct de vedere chimic pânza este compusă din: fibroină, alfa-alanină, acid glutamic, albumină şi sercină.
Doar că secretul procesului tehnologic al fabricării mătăsii de către păianjeni rămâne încă un mister pentru noi. Totul se întâmplă în acele glande minuscule, în linişte, la temperatura mediului şi fără emisii poluante!

Fig. 1 - Paianjen

Capacitatea de a se întinde a pânzei de păianjen este incredibilă, fiind mai puternică decât un fir de oţel de aceeaşi grosime, şi mai extensibilă decât kevlarul.
 S-a încercat „fabricarea” sa de către păianjeni captivi. Deocamdată, ea nu poate fi obţinută în cantităţi mari, deoarece, atunci când păianjenii sunt crescuţi mai multi la un loc, apare fenomenul de canibalism. Specialiştii încearcă de mai mulţi ani să găsească o metodă de a produce mătase de paianjen în cantităţi mari, inclusiv prin metode de inginerie genetică, implantând genele responsabile de producerea mătăsii la alte animale. Una dintre încercări vizează “obţinerea” unor capre având implantată  gena respectivă, urmând ca proteina care alcatuieşte mătasea de păianjen să se regăsească în laptele acestor capre. Experimentele sunt în desfăşurare. 

Ştiaţi că
... asemănările dintre proprietăţile mătăsii de păianjen şi oţel i-au determinat pe oamenii de ştiinţă să afle ce performanţe ar putea avea o combinaţie dintre cele două materiale şi au adăugat mătăsii mici cantităţi de metal?
Rezultatul a fost remarcabil, combinaţia astfel obtinută dovedindu-se de trei ori mai rezistentă decât mătasea de păianjen. Tehnica ar putea fi folosită pentru fabricarea unor ţesături extrem de rezistente, precum şi a unor materiale de uz medical, inclusiv oase şi tendoane artificiale sau o aţă chirurgicală super-rezistentă. Inventatorii, cercetatori de la Institutul Max Plank pentru Fizică Microstructurală din Halle, Germania, au realizat experimente cu diferite metale, adaugând mătăsii de paianjen zinc, titaniu, aluminiu, etc. Astfel mătasea devine mai rezistentă la rupere şi la deformare.
Imbinarea celor două materiale s-a făcut cu ajutorul unei tehnologii denumite depunere de straturi de atomi, prin care atomii de metal nu numai că acoperă fibra de mătase, dar pătrund şi in interiorul acesteia, une reacţioneză cu proteinele din structura ei.  Cercetătorii intenţionează să încerce şi alte combinaţii, adaugând mătăsii de paianjen polimeri artificiali, de exemplu Teflon. (sursa http://www.descopera.ro)
Dar, Natura este sursa  inspiraţiei, iar  tehnologia este motorul creaţiei!
Oamenii au avut nevoie de fibre puternice, cu rezistenţă mare la tracţiune pentru o masă redusă a fibrei, rezistenţă chimică înaltă, cu tenacitate înaltă, cu rezistenţa înaltă la tăiere, cu alungire scăzută la rupere, cu conductibilitate electrică mică, cu contracţie termică scăzută, cu stabilitate dimensională excelentă, cu rezistenţă la flăcări, etc.
Atunci au inventat Kevlar-ul! Are toate aceste caracteristici...
Fibra şi tehnologia Kevlar au fost inventate în 1965 de către compania DuPont (SUA) şi introduse pe piata în 1970. Kevlar-ul este o poliamidă cu proprietăţi mecanice deosebite, fiind de 5 ori mai rezistentă decât oţelul, considerat la o greutate egală.
Pentru aceste considerente, Kevlar-ul a fost prima fibră polimerică organică adecvată utilizării în compozite avansate, fiind totodată una dintre cele mai importante fibre sintetice dezvoltate până în prezent.  Kevlar-ul este un polimer înalt cristalin care datorită formei de baghetă a moleculelor de para-aramid şi a procesului de obţinere prin filarea precursorului produc anizotropia fibrelor, asemănător fibrelor de carbon.
Aplicaţiile Kevlar-ului sunt numeroase şi variate. Kevlar-ul este cel mai bine cunoscut pentru aplicaţiile în domeniul vestelor antiglonţ. Alte aplicatii ar fi: blindajul rezistent la şrapnel pentru motoarele avioanelor cu reacţie, pentru protecţia pasagerilor în cazul unei explozii; mânuşi de protecţie, obiecte sportive: schiuri, rachete, caşti de protecţie, ambarcaţiuni; anvelope, frânghii şi cabluri, produse de fricţiune şi garnituri (înlocuitor de azbest), placuţe de frână; părţi structurale ale corpului avioanelor;  furtune industriale;  ţesături hibride, în special cu fibre de carbon pentru a furniza rezistenţa la deteriorare, şoc, creşterea deformării limită de rupere şi prevenirea fracturilor catastrofale, etc.
Are câteva dezavantaje:

• Fibrele absorb umiditatea, compozitele armate cu Kevlar fiind mai sensibile decât cele cu sticlă sau cu carbon
• Din cauza rezistenţei mari la tăiere, sunt necesare scule speciale pentru tăierea ţesăturii uscate şi burghie speciale pentru perforarea laminatelor întărite.

Dar, Kevlar-ul este sintetizat într-o reacţie de condensare a doi monomeri, reacţie din care rezultă şi acid clorhidric. Pentru a realiza filarea sa din soluţia rezultată în urma reacţiei se utilizează o baie de acid sulfuric care nu conţine nici un strop de apă. Toată producţia sa presupune temperaturi mari 760 0 C, presiuni mari şi substanţe chimice cu impact mare (consum energetic  la obţinere) asupra mediului înconjurător.
Natura a creat păianjenul care poate produce mătasea  cu fire mult mai rezistente decât cele artificiale, în glande minuscule, în linişte, la temperatura mediului şi fără emisii poluante!
Exemplul său ar trebui descifrat şi urmat!

Documentaţi-vă cu privire la sericicultură, la creşterea viermilor de mătase.

Documentaţi-vă cu privire la utilizarea mătăsii de-a lungul timpului.

Creaţi un film de prezentare a rezultatelor găsite. Utilizaţi Microsoft Movie Maker pentru realizarea clipului.

Subtema 12. Atât de simplu dar atât de complex: gheaţa

Toată lumea ştie formula apei. Dar....
În jurul nostru este apă…. multă apă…Corpul uman are aproximativ 70% apă. Iar creierul… ei bine, creierul uman are aproximativ 85% apă. 5/7 sau 71,42% din suprafaţa Pământului este acoperită de apă, cea mai mare cantitate se găseşte în mări şi oceane, secondate de gheţari şi calotele glaciare.
Un procent mic de apă se găseşte în subteran, şi extrem de puţină apă se găseşte sub formă de vapori, în atmosferă. Doar 2,7% din totalul de apă este apa dulce sau apa care poate deveni potabilă. Pe pământ, regiunile îngheţate se află la Polul Nord şi polul Sud – Antarctica.
Apa este o substanţă cu formula moleculară H2O. Se găseşte în toate cele trei stări de agregare: la temperatură normală este lichidă, sub 0C este solidă şi peste 100C este gazoasă. În stare lichidă şi solidă moleculele de apă sunt unite prin punţi de hidrogen, în asociaţii moleculare în care cele mai stabile cuprind 2-6 molecule. Molecula de apă are o structură unghiulară, cu unghiul dintre legături de 104°28' şi distanţa interatomică de 0,97Å. Apa pură are o conductibilitate electrică extrem de mică, justificată prin disocierea redusă: 2H2O → H3O++ HO-, K= 10-14. Datorită polarităţii foarte mari (momentul de dipol al apei este egal cu 1,84 D), apa dizolvă foarte mulţi compuşi chimici, practic toţi compuşi ionici şi marea majoritate a compuşilor covalenţi polari.

Fig. 2 - Structura moleculei de apă

Din studiul proprietăţilor fizico-chimice al unui număr foarte mare de compuşi caracterizaţi prin asociaţii moleculare s-a dedus că atomul de hidrogen, deja angajat într-o legătură covalentă, poate forma o legătură suplimentară, secundară, cu un alt atom din aceeaşi moleculă sau, cel mai adesea, cu un atom dintr-o altă moleculă, numită legătură sau punte de hidrogen. Legătura de hidrogen nu este o legătură covalentă deoarece ea se formează după ce atomul de hidrogen a folosit unicul electron din stratul de valenţă în formarea unei legături σ cu un alt atom. Dacă nu s-ar realiza legătura de hidrogen apa s-ar topi la -100ºC şi ar fierbe la -80ºC, temperaturi ce ar fi făcut imposibilă apariţia vieţii pe pământ. De asemenea legăturile de hidrogen din interiorul acizilor dezoxiribonucleic şi ribonucleic sunt responsabile de transmiterea eredităţii la fiinţele vii.

Fig. 3 - Legătura de hidrogen între două molecule de apă

Gheaţa
Apa în stare solidă o cunoaştem sub denumirea de gheaţă. Una dintre cele mai interesante consecinţe ale legăturilor de hidrogen din moleculele de apă o reprezintă structura gheţii. Se cunosc mai multe forme diferite de gheaţă la presiuni normale şi una singură la presiuni scăzute. Faza existentă la presiuni mici cristalizează în sistem hexagonal, fiecare atom de oxigen fiind înconjurat tetraedric de alţi patru atomi. Atomii de oxigen sunt uniţi prin legături de hidrogen, distribuite la întâmplare în solid.
Astfel rezultă o structură afânată, care poate explica de ce gheaţa are o densitate mai mică decât apa lichidă. La topire, reţeaua de legături de hidrogen este parţial distrusă, din cauza creşterii energiei cinetice a moleculelor de apă şi implicit a mişcării browniene.
Diferite tipuri de cristale de gheaţă:

Fig. 4 - Cristale de gheată

Din punct de vedere chimic, gheaţa nu este complicată….este doar apă.
Dar, oamenii au găsit multiple utilizări pentru această „apă specială”. Cei din regiunile reci si-au făcut case din gheaţă (iglu), alţii au folosit-o în scopuri industriale (instalaţii de răcire din industria alimentară, industria chimică, a fabricării medicamentelor, etc.), artistice, de divertisment (patinoare artificiale acoperite, funcţionale şi în lunile de vară), sportive (sporturile de iarnă) sau turistice. Din cele mai vechi timpuri, gheaţa a fost folosită pentru răcirea unor incinte. Iniţial se folosea gheaţa naturală, colectată în anotimpul rece sau adusă din zonele de munte înalte (cu 400 de ani înaintea erei noastre, inginerii persani deţineau tehnologie de conservare a gheţii în deşert!).
Iglu sau casa de zăpadă este o construcţie în formă de dom, formată din blocuri de zăpadă.
De 26 de ani, în China, la Harbin are loc anual Festivalul Internaţional de sculptură în gheaţă şi zăpadă.
Tradiţie în realizarea de sculpturi în gheaţă au şi alte ţări, precum Canada, Franţa, Japonia, Rusia sau Suedia.
Hotelurile de gheaţă s-au dovedit o afacere profitabilă pentru mulţi. Curiozitatea îi face pe oameni să petreacă timp, „la rece”, în incinte de gheaţă special amenajate. Un hotel de gheaţă este un hotel temporar fabricat în întregime din blocuri de gheaţă sculptate. Acest concept a fost dezvoltat recent şi multe hoteluri de acest tip sunt construite/reconstruite în fiecare iarnă în regiunile reci ale planetei.
Primul hotel de gheaţă a fost construit în Suedia la începutul anilor 1990, în localitatea Jukkasjärvi, Kiruna.
Primul hotel de gheaţă din Europa de Est, este hotelul de gheaţă de la Bâlea Lac, staţiune din Munţii Făgăraş situată la altitudinea de 2040m, deschis din 2006, funcţionează în regim de muzeu şi club de noapte.

Fig. 4 – Hotel de gheata

Dar ideea de „hotel de gheaţă” nu este chiar aşa de nouă…
În perioada 1739-1740, Anna Ivanovna, împărăteasa Rusiei a ordonat construirea la Sankt Petersburg a unui Palat de gheaţă, sărbătorind astfel victoria ruşilor asupra turcilor (http://en.wikipedia.org/wiki/Ice_palace).

Ştiaţi că:
- În biserica de gheaţă de la Bâlea Lac s-au oficiat, pentru îndrăzneţi, nunţi şi botezuri! 
- Similar cu palatele de gheaţă există şi palate de sare (NaCl). Astfel, Bolivia are printre atracţiile turistice şi hoteluri de sare (http://en.wikipedia.org/wiki/Palacio_de_Sal). Aceste hoteluri au o regulă prin care se interzice linsul pereţilor!

Jocurile olimpice de iarnă sunt manifestări sportive multinaţionale care se desfăşoară din patru în patru ani.
În 1924 în Franţa la Chamonix a avut loc prima olimpiadă de iarnă, în acelaşi an ca şi Olimpiada de vară. Din 1994, Comitetul Olimpic mondial a decis decalarea cu 2 ani a întrecerilor sportive de iarnă faţă de cele de vară.

Antarctica - Continentul îngheţat
Antarctica este zona polară situată în partea sudică a planetei care cuprinde şi continentul Antarctida. Tratatul asupra Antarcticii, semnat în 1959 şi intrat în vigoare în 1961 reglementează relaţiile internaţionale cu privire la Antarctica, singurul continent al Pământului fără o populaţie umană nativă. Tratatul prevede că Antarctica este o rezervaţie ştiinţifică, stabileşte libertatea activităţilor de cercetare ştiinţifică şi interzice activităţile militare de pe acest continent

Fig. 5 - Ghetar

Repere istorice
Deşi în antichitate se vorbea de existenţa unor îndepărtate teritorii sudice, iar amiralul turc Piri Reis a realizat în 1513 o hartă în care menţiona continent îngheţat, abia în 1820,  mai multe nave diferite raportează atingerea coastelor continentului îngheţat (Fabian von Bellingshausen, Mikhail Petrovich Lazarev, Edward Bransfield şi Nathaniel Palmer. Rusia, Anglia si USA , (http://en.wikipedia.org/wiki/Antarctica).
1821 - căpitanul John Davis comunică prima debarcare pe coastele îngheţate iar după această dată, multe expediţii au explorat Antarctica, printre care şi cea la care a participat Emil Racoviţă, naturalistul expediţiei din anii 1897-1899.

Fig. 6 – Continentul inghetat

Anul 2006 marchează înfiinţarea primei staţii româneşti permanente de cercetare şi explorare din Antarctica, Staţia Law-Racoviţă.

Ce sunt frigul şi căldura
Conform dicţionarelor, căldura reprezintă starea sau gradul de încălzire a unui corp; faptul că un corp posedă o anumită temperatură, senzaţia produsă de corpurile calde. Din punct de vedere fizic, căldura este o mărime scalară prin care se exprimă transferul de energie între sistemele fizico-chimice sau între diferite părţi ale aceluiaşi sistem în cadrul unei transformări în care nu se efectuează lucru mecanic (Dicţionarul explicativ al limbii române, ediţia a II-a, Academia Română, Institutul de Lingvistică „Iorgu Iordan”, Editura Univers Enciclopedic, 1998)

Temperatura este o mărime fizică ce caracterizează gradul de încălzire a unui corp sau a unui mediu (Noul dicţionar explicativ al limbii române, Editura Litera Internaţional, 2002)

De fapt, căldura reprezintă rezultatul mişcării particulelor unei substanţe iar frigul  - starea de zero absolut - reprezintă acea stare a materiei în care a încetat orice tip de mişcare (vibraţie, rotaţie, translaţie).
Măsurarea temperaturii presupune înregistrarea energiei cinetice medii a particulelor care constituie obiectul măsurătorii. Mişcarea haotică a moleculelor în stare gazoasă şi lichidă, duce la o creştere a căldurii, producând fenomenul de încălzire. Pentru solide, situaţia este puţin diferită: atomii şi moleculele au mai puţină libertate de mişcare, sunt prinse în reţele aproape rigide, iar căldura este de fapt o radiaţie electromagnetică emisă de atomii şi moleculele aduse la alţi parametri termodinamici (ex. radiaţia infraroşie este căldura degajată de fierul de călcat în condiţii de funcţionare).
Ştiaţi că:
            - Până în prezent, laboratoarele performante din lume au reuşit să se apropie de zero absolut (-273,15 K).
            - ea mai mică temperatură raportată pe Pământ a fost în 1983la Vostok (Antarctica), -89,4o C, adică -183,75K
            - Primul aparat de produs frigul a fost realizat în 1755 de către William Cullen, prin evaporarea apei la presiune mică.

Fig. 7 - Schema dispozitivului de produs frig al lui William Cullen

Cercetătorii secolului XIX au pus la punct dispozitive capabile să genereze frig sau gheaţă, astfel încât în anul 1900 instalaţiile frigorifice încep să fie produse industrial, pentru a acoperi nevoile economiei de piaţă
În industria alimentară, instalaţiile frigorifice se folosesc pentru răcirea rapidă în regim de refrigerare sau congelare, depozitarea în stare refrigerată sau congelată şi climatizarea tehnologică. Refrigerarea produselor alimentare reprezintă procesul prin care acestea sunt răcite până la sau în jurul temperaturii de îngheţ şi păstrate în aceste condiţii o perioadă determinată.
Criogenia reprezintă tehnica producerii temperaturilor foarte joase, studiază comportarea materiei organice şi anorganice la temperaturi criogenice. Criogenia este folosită în principal pentru conservarea materialelor biologice prin îngheţare. (gr. kryos - îngheţat) Aplicaţiile criogeniei se regăsesc în medicina, industria alimentară, industria spaţiala şi cea nucleară. În medicină, criogenia este utilizată pentru păstrarea organelor sau ţesuturilor pentru a fi transplantate mai târziu sau pentru alte utilizări. Deocamdată, numai unele tipuri de celule şi ţesuturi, inclusiv sperma si embrionii, pot fi îngheţaţi şi reîncălziţi cu succes" (http://www.criogenie.ro/).
Unele materiale metalice răcite la temperaturi specifice (temperatura critică) apropiate de 0K manifestă proprietăţi deosebite – cum ar fi supraconductibilitatea (rezistivitatea electrică se apropie de zero). Aplicaţii ale acestor materiale supraconductoare sunt magneţii folosiţi la trenurile MAGLEV- sisteme de transport care funcţionează pe principiul levitaţiei magnetice. Un astfel de tren MAGLEV este funcţional din 2002, el face legătura între oraşul Shanghai şi aeroport.

Fig. 8 - Tren MAGLEV funcţional la Shanghai

Ştiaţi că:
            - Olandezul Wim Hof este omul care nu simte frigul, el deţine mai multe recorduri mondiale care au şocat lumea: a înotat în Marea Nordului, sub gheţari şi a vrut să urce Everestul îmbrăcat numai în pantaloni scurţi. El a anunţat că se antrenează pentru a cuceri Polul Nord, în acelaşi echipament „de vară”.
            - Apa reprezintă mediu de viaţă a peste 160 000 de specii de plante şi animale, aproape dublu speciilor care trăiesc pe uscat.
            - Apa de pe suprafaţa Terrei înmagazinează mai multă căldură decât uscatul, influenţând clima şi asigurând condiţii climaterice favorabile vieţii. Se poate afirma cu “oarecare certitudine” că raportul dintre apă şi uscat face posibilă existenţa vieţii pe planeta noastră în forma în care o cunoaştem.
            - Substanţele care absorb apă din atmosferă se numesc higroscopice, iar dacă prin absorbţia apei se transformă într-o soluţie se numesc delicvescente.
            - Substanţele cele mai des întâlnite în apă sunt:
                        - carbonaţi şi carbonaţi acizi ai metalelor alcaline şi alcalino pământoase
                        - sulfaţii şi clorurile aceloraşi metale la care se adaugă şi fierul
                        - silicaţi şi alumino silicaţi ai diverselor metale, în general de sodiu şi/sau potasiu
                        - acid carbonic şi dioxid de carbon liber.

Suplimentar
Apa potabilă sau utilizată în industria alimentară trebuie să îndeplinească următoarele calităţi: să fie limpede, fără miros, să conţină oxigen dizolvat şi să fie bine aerată, să conţină mici cantităţi de săruri şi în special NaCl şi NaHCO3, să nu conţină bacterii, microorganisme sau compuşi organici în degradare. Cea mai bună apă potabilă este apa de izvor deoarece întruneşte toate calităţile menţionate anterior, realizate într-un mod natural. Apa pură nu este bună de băut deoarece ea dizolvă până la echilibru sărurile din organismul uman sub formă de cationi şi anioni.
Deoarece marea majoritate a centrelor populate sunt alimentate cu apă de râu, ea trebuie obligatoriu purificată. Purificarea apei, în scopul obţinerii apei potabile sau utilizată în industria alimentară, se face mecanic, chimic şi biologic.
Purificarea mecanică constă în îndepărtarea impurităţilor solide, insolubile, prin decantare şi filtrare.
Purificarea chimică are ca scop îndepărtarea substanţelor solubile care se constituie ca impurităţi.
Purificarea biologică se face până la sterilizare şi are ca scop eliminarea germenilor patogeni.
Duritatea apei reprezintă totalitatea sărurilor solubile de calciu şi magneziu care se găsesc în apă. Duritatea totală a apei, DT, este formată din:
- Dt = duritatea temporară care este dată de totalitatea carbonaţilor acizi de calciu şi magneziu şi care dispare la fierbere prin transformarea carbonaţilor acizi în carbonaţi neutri insolubili ce pot fi eliminaţi prin filtrare:
M(HCO3)2 → MCO3 + CO2 + H2O, M = metal divalent.
- Dp duritate permanentă, este dată de totalitatea clorurilor de calciu şi magneziu şi care nu poate fi îndepărtată decât prin metode chimice.
Suma celor două durităţi reprezintă duritatea totală: DT = Dt + Dp
Această proprietate se cuantifică în grade de duritate al căror mod de exprimare diferă de la o ţară la alta. Câteva moduri de exprimare a gradelor de duritate sunt:
-          1ofrancez = 10 mg CaCO3 /LH2O
-          1ogerman = 10 mg CaO /L H2O
-          1oenglez = 10 mg CaCO3 /700 mL H2O
-          1o american = 1 mg CaCO3 /L H2O
La noi în ţară se foloseşte gradul de duritate german.

Dedurizarea apei reprezintă etapa cea mai importantă şi constă în eliminarea practic a tuturor impurităţilor solubile din apă, duritatea.
Eliminarea durităţii temporare se face prin încălzirea apei până la fierbere când carbonaţii acizi solubili se transformă în carbonaţi neutri insolubili:
M(HCO3)2 → MCO3↓ + CO2 + H2O,  unde M = Ca, Mg.
Duritatea permanentă este îndepărtată prin metode chimice sau cu ajutorul schimbătorilor de ioni. Metodele chimice constau în transformarea sărurilor solubile de calciu şi magneziu în săruri insolubile.

Subtema 13. Aerodinamica – de la păsări la construcţia avioanelor. Studiu de caz: începuturile aviaţiei.

Maşinile sunt rezultatul artei, care este maimuţa naturii, şi din ea reproduc nu formele, ci însăşi operaţia. (...) Planul divin se va folosi într-o zi de ştiinţa maşinilor, care este magie naturală şi sfântă. Şi într-o zi, folosind forţa naturii, se vor putea făuri instrumente de navigaţie care vor face ca navele să meargă doar cu un singur homine regente.
(după Umberto Eco, Numele trandafirului)

Repere cronologice:
Cca 1250 – Savantul Roger Bacon realizează prima descriere tehnică păstrată până azi a unui ornitopter, maşină construită de mâna omului pentru a zbura imitând bătăile din aripi ale păsărilor.
1486-1513 – Leonardo da Vinci proiectează un ornitopter având comenzi de zbor, desenează scheme pentru elicoptere şi alte obiecte de zbor.
1648 – În opera sa, Omul pe lună, Fr. Godevin imaginează o navă spaţială trasă de păsări.
1783 – Primul zbor al unui balon cu aer cald (fraţii Montgolfier, Franţa).
1785 – Prima traversare a Canalului Mânecii într-un balon cu gaz.
1794 – În Franţa, prima companie militară de aerostate (baloane cu aer cald sau cu gaz), pentru zboruri de observare. Se înfiinţează Şcoala Naţională de Aeronautică din Franţa.
1858 – Prima fotografie aeriană a Parisului, dintr-un balon.
1881 – În opera sa, Imperiul Aerului, eseu asupra aplicării ornitologiei în aviaţie, Louis-Pierre Mouillard îşi expune teoriile cu privire la posibilitatea oamenilor de a zbura cu ajutorul aripilor.
1885 – Otto Lilienthal scrie Zborul păsărilor, baza artei zborului, în care descrie fenomenul de planare. Construieşte primul planor în 1891.
1897 – Clement Ader execută primul zbor orizontal (300 de metri) cu Avion III. Zborul este considerat un eşec.
1898 – Primul aerostat cu motor, dirijabil, construit de Ferdinand Graf von Zeppelin. Zeppelinele vor fi utilizate pentru transportul de mărfuri şi de pasageri, ca şi în scopuri militare, până în 1940.
Fraţii Wright realizează primul lor zbor experimental, cu avionul Flyer.
1906 – La Paris, Traian Vuia proiectează şi pilotează un vehicul zburător mai greu decât aerul, capabil să decoleze prin mijloace proprii, fără a fi catapultat.
1909 – Organizarea primului miting aerian internaţional din istorie.
1910 – Aurel Vlaicu face prima demonstraţie publică, la Bucureşti, cu un avion de proiectare şi fabricaţie proprie.
1910 – Henri Coandă proiectează primul avion cu jet reactiv (cu reacţie).
1914-1918 – Primul Război Mondial consacră apariţia unui nou domeniu militar: aviaţia.

Aerodinamicitatea defineşte un corp în mişcare, în aer. Aerodinamica reprezintă o ramură a dinamicii fluidelor, care studiază mişcările aerului şi influenţa acestora asupra elementelor solide. Aceasta poate fi subsonică, transonică şi supersonică, pornind de la mişcarea relativă a mediilor fluide faţă de corpurile solide, în funcţie de viteza sunetului. Aerodinamica poate fi aplicată vehiculelor aflate în mişcare în aer (aparate de zbor, automobile, trenuri), sistemelor de propulsei (turbine, elice) precum şi instalaţiilor aflate într-un curent de aer, sub efectul vântului (poduri, construcţii diferite), instalaţiilor eoliene.
Aeronautica studiază evoluţia navigaţiei în interiorul atmosferei terestre, utilizând proprietăţile acesteia pentru a susţine zborul unui aparat (balon, avion, elicopter etc.).
Oamenii au căutat să descifreze tainele zborului încă din Antichitate. Numeroase legende (precum cea a lui Dedal şi Icar, din mitologia greacă, sau maşinile de zbor descrise în poemul antic indian Ramayana) stau mărturie în acest sens. Unele încercări, de ridicare în aer cu ajutorul unor pene din lemn şi mătase ori hârtie, de exemplu, au fost sortite eşecului.

Primele studii. De la început, oamenii au avut ca exemplu (pe care au încercat să-l imite) zborul păsărilor. De aceea, primele studii privind aparatele de zbor s-au inspirat din forma aripilor acestora. În secolul al XIII-lea, Roger Bacon a  realizat primul studiu cunoscut cu privire la alcătuirea unui ornitopter.

Sursa documentară 1
S-ar putea construi maşini care, fără ajutorul animalelor, s-ar deplasa cu o viteză incredibilă. Dar şi maşini zburătoare, astfel încât un om aşezat în mijlocul aparatului ar face să funcţioneze un motor acţionând aripile artificiale ce ar lovi aerul, asemenea unei păsări în zbor. S-ar putea fabrica maşini pentru deplasarea pe mare, sau pe cursurile râurilor, până la fundul apei, fără niciun pericol. Şi chiar am putea să le realizăm fără să ne limiteze nimic, de pildă poduri suspendate pe deasupra apelor, fără stâlpi sau alţi suporţi, mecanisme şi aparate inimaginabile.
(Roger Bacon, Despre minunile naturii şi nulitatea magiei, cca 1260)

În perioada Renaşterii, pornind tot de la studiul zborului păsărilor, Leonardo da Vinci a imaginat maşini zburătoare comandate de om (ornitopter, elicopter).

Fig. 12 - Ornitopter proiectat de Leonardo da Vinci (1488)

Fig. 13 - Elicopterul proiectat de Leonardo da Vinci
Sarcină de lucru:

Căutaţi informaţii suplimentare şi realizaţi o prezentare cu tema: Cercetări şi realizări privind construcţia ornitopterelor în zilele noastre. Puteţi porni de la resursele web indicate mai jos!
Primii cutezători. În 1783, fraţii Montgolfier, din Franţa, reuşeau să realizeze primul zbor cu ajutorul unui balon umplut cu aer cald. A urmat, la scurt timp, balonul cu gaz inventat de Jacques Charles. Franţa a devenit astfel prima ţară care a înfiinţat o Şcoală Naţională de Aeronautică, inaugurată încă din 1794. Balonul dirijabil a apărut însă abia în 1852 (Henri Giffard).

Fig. 14 - Primul zbor cu un balon cu aer cald (Annonay, Franţa)

Sfârşitul secolului al XIX-lea avea să aducă primele zeppeline (numite după inventatorul lor, Ferdinand Graf von Zeppelin), dirijabile celebre pentru utilizarea lor în transporturi civile sau în operaţiuni militare, aflate în exploatare până spre 1940.

Fig. 15 - Primul zeppelin (1900)

Acei oameni minunaţi şi maşinile lor zburătoare. În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, cercetările porivind zborul şi aparatele destinate zborului uman au devenit tot mai intense. Otto Lilienthal, în anii 1890, a reuşit mai multe zboruri, cu planoarele realizate de el, descriind principiile planării în lucrarea sa, Zborul păsărilor, baza artei zborului. În aceeaşi perioadă, Clement Ader experimenta zborul cu un avion echipat cu un motor cu aburi, dar fără mare succes.

Fig. 16 - Maşina zburătoare a lui J.M. Le Bris (1868)

Fig. 17 - Zmeul cu motor, proiectat de Clement Ader (1890)

Inspirandu-se din activitatea lui Otto Lilienthal, fraţii Orville şi Wilbur Wright (SUA) au reuşit în 1903 să efectueze un zbor dirijat cu un aparat de zbor cu motor (mai greu ca aerul). În 1908, aceştia au parcurs o distanţă record pentru acea vreme, de 128 de kilometri. Până la Primul Război Mondial, fiecare zbor era, în sine, o noutate, prin aparatul folosit, înălţime atinsă, viteză, diferite caracteristici tehnice, iar aviaţia avea să prindă aripi prin entuziasmul primilor piloţi care, de regulă, erau şi constructorii aparatelor cu care zburau.

Fig. 18 - Flyer, aparatul de zbor creat de fraţii Wright (1903)

În 1906 (19 august), la Paris, românul Traian Vuia şi-a prezentat aparatul, Vuia I. Acesta s-a ridicat la o înălţime de un metru şi a parcurs o distanţă de 12 metri, fiind considerat de mulţi cercetători primul zbor cu un aparat mai greu decât aerul, echipat cu sisteme proprii de propulsie şi aterizare, fără a fi dependent de elemente exterioare (pantă, înclinaţia terenului, catapultare etc.)

Fig. 19 - Aparatul de zbor al lui Traian Vuia (1906)

În 1909, francezul Louis Bleriot a devenit primul om care a reuşit să traverseze Canalul Mânecii cu un avion. În acelaşi an, la Reims (Franţa), s-a organizat primul miting aviatic internaţional.

Fig. 20 - Monoplanul lui Bleriot (1907)

Începuturile istoriei aviaţiei se leagă şi de numele lui Aurel Vlaicu. În anul 1912 cu avionul său, Vlaicu II, acesta a câştigat cinci premii la mitingul aerian organizat la Aspern (Austria). La care au participat 42 piloţi din 7 ţări, printre care si Roland Gaross, renumit pilot al epocii.

Fig. 21 - Aurel Vlaicu şi avionul Vlaicu II (1911)

Inginerul român Henri Coandă, absolvent (ca şef de promoţie) al Şcolii Superioare de Aeronautică şi Construcţii din Paris (1910), a construit primul avion cu propulsie reactivă (cu reacţie). Acesta a fost prezentat la Salonul internaţional de aeronautică din capitala Franţei, în 1910. Avionul era mult prea avansat din punct de vedere tehnic pentru epoca respectivă, aparatele de zbor cu reacţie fiind construite pe scara largă abia în timpul şi după al Doilea Război Mondial. Cercetările sale în domeniul aerodinamicii au fost publicate la Paris, în acelaşi an, sub titlul Aripile considerate ca maşini de reacţie. Ulterior, Coandă a lucrat la fabrica de avioane Bristol, în Anglia, unde a creat avionul blindat Bristol-luptătorul şi a înfiinţat primele ateliere mobile (montate pe autocamioane) menite să acorde asistenţă tehnică avioanelor. În anii 1920, Henri Coandă a proiecta şi propus statului francez construirea unui tren aerodinamic ce ar fi putut circula cu viteza de 600 km/oră. În ansamblu, Henri Coandă a realizat peste 2600 de invenţii, printre care avionul de recunoaştere din 1916 sau prima sanie-automobil propulsată cu un motor cu reacţie. Una dintre cele mai cunoscute descoperiri ale savantului român este efectul Coandă (Procedeu şi dispozitiv pentru devierea unui curent de fluid ce pătrunde într-un alt fluid, 1934). Acesta constă în devierea unui jet de fluid care curge de-a lungul unui perete convex şi s-a aflat la originea cercetărilor aplicative ale lui Henri Coandă în privinţa atenuatoarelor de sunet sau a hipersustentaţiei aparatelor de zbor mai grele decât aerul.
           Declanşarea Primului Război Mondial a marcat intrarea într-o nouă epocă a istoriei aviaţiei, cea specializată pentru operaţiunile militare.

Fig. 22 - Primul avion cu reacţie, construit de Henri Coandă (1910)

Ştiaţi că....

• Primul om din lume care a obţinut un brevet de pilot a fost francezul Louis Bleriot, în 1908?
• Primul pilot de încercare din lume, care a încheiat un contract pentru această activitate a fost tot Louis Bleriot?
• Prima femeie pilot militar (care a pilotat avioane de luptă) a fost Sabiha Gokcen, din Turcia (în 1936)?
• În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, în URSS a funcţionat regimentul 588 de bombardament aerian nocturn, alcătuit exclusiv din femei?
• Prima femeie cu brevet de aviator din România a fost Elena Caragiani, care a obţinut brevetul internaţional în Franţa, în 1914, în România această activitate fiind considerată ca rezervată exclusiv bărbaţilor?

Subtemele 10 şi 16.

Sisteme de orientare sugerate de vieţuitoare: liliecii, delfinii,etc.
Tehnologie inspirată din natură: SONAR
SONAR-ul (acronim de la Sound Navigation Ranging) este utilizat în navigaţie, şi în meteorologie. Se bazează pe emisia de unde sonore care se reflectă de obiectele întâlnite (pentru care se intenţionează poziţionarea). Urmează recepţia semnalului reflectat şi înregistrarea ecoului.
Ecolocaţia este ceea ce liliecii şi delfinii folosesc pentru a-şi găsi drumul prin întuneric, respectiv prin apă. Emit un sunet, aşteaptă ca ecoul să se întoarcă şi îl folosesc pentru a descifra, în funcţie de direcţie şi de durată, poziţia, dimensiunea şi distanţa la care se află un obiect. Surprinzător, şi oamenii pot utiliza ecolocatia. Ea le este accesibilă în special celor orbi, deoarece durează foarte mult timp să stăpâneşti şi să ascuţi senzitivitatea faţă de sunetul reflectat. Dar, pentru om este o tehnică care se poate învăţa, nu o abilitate înnăscută. Pentru a naviga cu ajutorul ecolocaţiei, o persoană creează, voit, un sunet (loveşte dintr-un baston sau cu limba de cerul gurii) şi determină, în funcţie de ecoul creat, unde sunt poziţionate obiectele din jurul său. Cei bine iniţiaţi pot spune adesea unde se află un obiect, cât este de mare şi ce densitate are!

Fig. 23 - Principiul sonarului

Ca şi în cazul multor dispozitive tehnice, ideea de funcţionare a sonarului a fost copiată din natură. Delfinii şi liliecii se orientează şi comunică folosind un principiu similar – ecolocaţia. Balena emite sunete şi ultrasunete care vor fi reflectate de către peştii la care ele ajung. Semnalele recepţionate de către balenă o vor ajuta să determine exact locaţia de unde îşi va asigura masa!

Ştiaţi că în secolul al XVIII-lea, unul dintre întemeietorii biologiei experimentale, naturalistul italian Lazzaro Spallanzani a realizat un experiment remarcabil: a întins într-o încăpere o plasă, punând deasupra ei mulţi clopoţei, a acoperit ochii unui liliac şi l-a lăsat apoi să zboare prin încăpere, vrând să vadă dacă se va încurca în plasă? Clopoţeii ar fi sunat de îndată ce plasa ar fi fost atinsă. Cu mare uimire, omul de ştiinţă a constatat că mamiferul insectivor nu a lovit plasa nici măcar o singură dată, ceea ce dovedea existenţa unei modalităţi de orientare necunoscute. Cercetările ulterioare au lămurit misterul...
Straniul chiropter se poate mişca uşor şi rapid pe întuneric deşi are privirea foarte slabă. Prinde numeroase insecte noaptea, fără ca vreodată să se împiedice de crengi, sârme, coloane sau ziduri. În peşterile mari, unde trăiesc mii de lilieci, nu se înregistrează ciocniri între cei care se mişcă, zboară, vin şi pleacă.
Chiar dacă li s-ar scoate ochii, tot s-ar mişca foarte uşor în mediul nocturn. De ce?
S-a dovedit că liliacul dispune de un aparat extrem de complex ce funcţionează ca un SONAR Cu ajutorul laringelui osos, compact şi dotat cu muşchi puternici, crepuscularul zburător emite sunete ca nişte bătăi, depăşind capacitatea noastră auditivă. În funcţie de specia liliacului emisiunea sunetelor este scurtă şi intermitentă (20-30 de secunde). Aceste ultrasunete sunt emise prin nări (sau prin gură la unele specii), care, uimitor, sunt alcătuite ca un megafon care îndreaptă sunetul spre un anumit punct.
Cu „detectorul de lilieci” putem auzi şi noi, fiindcă aparatul „converteşte” sunetele, încetinindu-le. Este impresionant apoi ca, prin intermediul unui spectograf, să vizualizăm plescăitul intermitent. Nu există nici o îndoială că receptorii ultrasunetelor sunt plasaţi în ureche. S-a observat că atunci când îi sunt înfundate urechile, liliacul îşi pierde pe loc simţul orientării. Pentru a nu-şi auzi glasul în timp ce emite sunetele respective, îşi astupă urechile cu o pereche de muşchi auditivi care se contractă. Ei se relaxează după emiterea sunetelor pentru ca mamiferul să poată auzi interesanta „reflectare” a sunetelor.
Aşadar din laringe sunt emise ultrasunete care, mai apoi, sunt trimise în exterior prin nas, se reflectă şi sunt receptate de urechi, mergând apoi la creier spre prelucrare, ca într-un desăvârşit radar. Naturaliştii nu au reuşit să descopere toate tainele acestui complex mecanism, cu atât mai mult cu cât are dimensiuni foarte reduse: „Toate acestea presupun un şir de mecanisme (emiterea clic-urilor, sistemul de receptare din urechi) ale căror complexitate şi exactitate provoacă admiraţia mai ales în ce priveşte creierul al cărui mecanism de analizare a ultrasunetelor este infinit mai perfecţionat decât cele mai bune sonare ale noastre. Semnalele liliacului, de exemplu, mult mai rapide decât ale noastre, străbat 30 de km, în timp ce ale noastre doar 3-4 în acelaşi interval de timp. Şi delfinii sunt „dotaţi” cu un sonar asemănător celui al liliecilor, iar molia a luat-o înaintea telegrafului lui Marconi şi a diodei lui Fleming dispunând de un „aparat” de radio.

[cuprins]

Resurse suplimentare

• Prima filmare aviatică

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wilbur_Wright_onboard_flight,_Italy_1907.ogg

• Pentru zeppeline:

http://www.zeppelin-museum.de/

• Istoria aviaţiei:

http://www.flyingmachines.org/
http://firstflight.open.ac.uk/history/index.html
http://www.earlyaviators.com/

• Aerodinamicitatea avioanelor, studiul elicelor de motor cu prezentare video:

http://www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/openrotor.html

• Parţile componente ale avioanelor, prezentate de NASA:

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/airplane.html

• Despre ornitoptere:

http://www.ornithopter.org/

[cuprins]