Номер 3, страница 107 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Сделайте небольшое сообщение о том, каким образом мы определяем наличие и на-правление силы тяжести. Какие системы имеются у человека, растений и других жи-вых организмов для ориентирования в поле силы тяжести?

Определение наличия и направления силы тяжести

Сила тяжести — это фундаментальная сила природы, которая проявляется как притяжение между всеми объектами, обладающими массой. Мы, как и все объекты на Земле, постоянно испытываем ее действие. Наличие силы тяжести мы определяем несколькими способами:

1. Ощущение веса: Мы постоянно чувствуем собственный вес — это и есть сила, с которой Земля притягивает наше тело. Давление на опору (пол или стул) — прямое следствие силы тяжести.

2. Наблюдение за падением тел: Любой предмет, лишенный опоры, падает. Это движение происходит под действием силы тяжести. Сила тяжести, действующая на тело, описывается формулой $F = mg$, где $\text{m}$ — масса тела, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Направление силы тяжести мы определяем как направление «вниз», то есть к центру Земли. Самый простой и древний прибор для точного определения этого направления — отвес. Он представляет собой небольшой груз, подвешенный на нити. В состоянии покоя нить отвеса всегда располагается строго вертикально, указывая направление действия силы тяжести.

Ответ: Наличие силы тяжести определяется по ощущению веса и наблюдению за падением тел, а ее направление (вертикально вниз, к центру Земли) — с помощью отвеса или просто по направлению падения объектов.

Системы ориентации в поле силы тяжести у живых организмов

Все живые организмы на Земле адаптировались к постоянному действию гравитации и выработали специальные системы для ориентации в ее поле.

У человека

У человека за ориентацию тела в пространстве и поддержание равновесия отвечает сложная система, включающая несколько органов чувств. Ключевую роль играет вестибулярный аппарат, расположенный во внутреннем ухе. Его часть, ответственная за восприятие гравитации, — это отолитовый аппарат (состоящий из преддверия, а именно овального и круглого мешочков). Внутри этих мешочков находятся отолиты — микроскопические кристаллы карбоната кальция. Когда мы наклоняем голову, сила тяжести смещает отолиты, которые давят на чувствительные волосковые клетки. Эти клетки преобразуют механическое воздействие в нервные импульсы, которые поступают в мозг и информируют его о положении головы относительно вертикали. Помимо вестибулярного аппарата, важную роль играют:

• Зрение: Визуальная информация об окружающем пространстве, например, о линии горизонта или вертикальных объектах (деревья, стены), помогает мозгу корректировать положение тела.

• Проприоцепция (мышечное чувство): В мышцах, сухожилиях и суставах находятся рецепторы, которые постоянно посылают в мозг информацию о взаимном расположении частей тела и их движении. Это позволяет, например, чувствовать положение своих ног даже с закрытыми глазами.

Мозг интегрирует сигналы от всех этих систем для формирования целостного представления о положении тела и поддержания равновесия.

Ответ: У человека за ориентацию в поле силы тяжести отвечает вестибулярный аппарат (отолиты во внутреннем ухе), а также зрение и проприоцепция (мышечное чувство), которые работают в комплексе.

У растений

Растения также способны чувствовать гравитацию и реагировать на нее. Это свойство называется гравитропизмом. Он бывает двух видов:

• Отрицательный гравитропизм: стебли и побеги растут вверх, против направления силы тяжести.

• Положительный гравитропизм: корни растут вниз, по направлению действия силы тяжести.

Механизм гравитропизма основан на перераспределении гормона роста — ауксина. Восприятие гравитации происходит в специализированных клетках, называемых статоцитами. У корней они расположены в корневом чехлике, а у побегов — в тканях стебля. Внутри статоцитов находятся плотные крахмальные зерна — амилопласты (выполняющие роль статолитов). Под действием силы тяжести амилопласты оседают на нижней стороне клетки, вызывая перераспределение ауксина. В побеге повышенная концентрация ауксина на нижней стороне стимулирует рост клеток, заставляя его изгибаться вверх. В корне, наоборот, избыток ауксина на нижней стороне подавляет рост клеток, что приводит к изгибу корня вниз.

Ответ: Растения ориентируются с помощью гравитропизма. Специальные клетки (статоциты), содержащие тяжелые крахмальные зерна (амилопласты), определяют направление силы тяжести и запускают перераспределение гормона ауксина, что заставляет корень расти вниз, а стебель — вверх.

У других живых организмов

Системы для восприятия гравитации широко распространены в животном мире. У большинства позвоночных они схожи с человеческим вестибулярным аппаратом. У многих беспозвоночных животных эту функцию выполняют специальные органы равновесия — статоцисты. Статоцист представляет собой небольшой пузырек, выстланный чувствительными клетками с волосками, внутри которого находится твердое тельце — статолит (это может быть песчинка, захваченная извне, или образование, секретируемое самим организмом). В зависимости от положения животного, статолит давит на разные группы чувствительных волосков, что позволяет нервной системе определять направление «низа». Статоцисты есть у медуз, гребневиков, ракообразных (крабы, раки), головоногих моллюсков (кальмары, осьминоги).

Даже некоторые одноклеточные организмы, например, инфузория-туфелька, проявляют гравитаксис — способность двигаться в определенном направлении относительно вектора силы тяжести. Механизм этого явления до конца не изучен, но предполагается, что более плотные органеллы или всё содержимое клетки оседает вниз, механически воздействуя на мембрану и реснички и тем самым координируя движение.

Ответ: У большинства животных есть специальные органы равновесия. У беспозвоночных это, как правило, статоцисты со статолитами, а у позвоночных — вестибулярный аппарат. Даже некоторые одноклеточные организмы способны реагировать на гравитацию.