Задание

Дизайн природы

В физике с помощью физических закономерностей, которые доказываются в эксперименте и формулируются на математическом языке («языке функций»), изучаются механические явления с использованием различных физических моделей (например, материальная точка, абсолютно твёрдое тело и др.) — упрощённых схем, конструкций реальных объектов с сохранением важных, т. е. характерных свойств.

«Инструменты» физики позволяют объяснять явления природы, стремясь к балансу качественного и количественного описания в других науках (биология, химия, география и т. д.).

Природа как естественный дизайнер (от англ. design — проектировать, задумывать), «специалист по удачному проектированию объектов» предоставляет нам различные образцы функциональности и гармоничности в живой природе, демонстрируя принцип — «проверять алгеброй гармонию» (из трагедии А. С.Пушкина «Моцарт и Сальери» (1832): «...Поверил я алгеброй гармонию...»).

Многие «изобретения» природы человек заимствовал и спроектировал в виде различных объектов, двигающихся по биологическому примеру: полёт птиц в воздухе — полёт самолётов, подводное плавание животных — подводное плавание человека, субмарин и т. д. Однако в природе встречаются явления, которые с точки зрения физики имеют преимущество, как, например, уменьшение силы трения за счёт наличия вращающихся объектов: в природе мы не наблюдаем того, чтобы животные передвигались на колёсах, т. е. наличие у них «живого колеса» (за исключением бактерий, которые передвигаются за счёт вращающихся жгутиков).

Представим, что волк передвигается по лесу, не бегая на лапах, а перекатываясь на костяных роликах вместо лап (лапы-ролики). Гипотетические лапы-ролики «сделаны» из кости как биологического материала, «не требующего затрат» на постоянный приток питательных веществ.

Найди все верные утверждения, учитывая содержание текста, рисунок 1 и значения коэффициентов трения качения ([fк​]=1 м) для асфальта (бетон — 0,016 см) и лесного бездорожья (песок — 0,16 см).

Обозначения на рисунке: R — радиус колеса, h — высота препятствия, Fт​ — сила тяжести, F — сила тяги («толкающая» сила).

(Укажи их номера в порядке возрастания без пробелов между символами.)

Рис. 1. Модели колеса и препятствия

УТВЕРЖДЕНИЯ

1) В природе у волка отсутствуют лапы-ролики, т. к. нарушается условие h<R, которое следует из соотношения для моментов сил MF​≥MFт​​, чтобы преодолеть препятствие высотой h при моделировании лапы-ролика в форме колеса как абсолютно твёрдого тела (деформации малы): размер его лап-роликов — радиус R — является постоянной величиной, а высота препятствия h может изменяться (h≥R).

2) Трение качения при движении на лапах-роликах по лесному бездорожью больше в 10 раз по сравнению с качением по асфальту, что для волка как лесного жителя не является скоростным преимуществом.

3) В природе у волка отсутствуют лапы-ролики, т. к. не выполняется условие R≤h≤2R, которое следует из соотношения для моментов сил MF​≥MFт​​, чтобы преодолеть препятствие высотой h при моделировании лапы-ролика в форме колеса как материальной точки: размер его лап-роликов — радиус R — является постоянной величиной, а высота препятствия h может изменяться (h≥2R).

4) Трение качения при движении на лапах-роликах по лесному бездорожью меньше в 10 раз по сравнению с качением по асфальту, что для волка как лесного жителя является скоростным преимуществом.

Ответ:.