Mistři v udržování teploty

Ptáci i někteří savci mohou měnit svou teplotu tím, že naježí peří nebo srst.

Pozorovali jste někdy, jak se dokážou během chvilky změnit třeba kočky nebo slepice, když je jim chladno?

Že najednou vypadají dvakrát tak velké než obvykle? Víte proč?

A co zvířata, která žijí v opravdu chladných podmínkách, jako jsou lední medvědi? Ti dokáží dokonce hodiny plavat v téměř zamrzlé vodě! Jak je to možné?

Aktivita

Izolační schopnosti vzduchu můžete zkoumat pomocí kostek ledu.

Připravíme si misku s kostkami ledu a bublinkovou fólii. (Ta podobně jako srst obsahuje množství izolovaných vzduchových bublinek.)
Zabalíme 1 kostku ledu do bublinkové fólie, dame na talířek a vedle položíme holou kostku ledu. Nad to dáme lampičku se starým typem žárovky, aby to dostatečně zahřívala.
Potom necháme každého žáka, aby si sáhnul na led holou rukou, a pak I přes bublinkovou fólii.
Nakonec se vrátíme k pokusu s tajícími kostkami ledu. Pozorujeme, která kostka ledu taje jako první.

Vysvětlení

Jednoduché vysvětlení

Ptáci a savci potřebují udržovat stálou tělesnou teplotu, ta je většinou v rozmezí 35 až 41 °C. To je docela problém, když je venku chladno (třeba i pod nulou). Jak si s tím poradí, když si nemohou koupit nový kabát nebo zapnout doma topení, jako to děláme my?

Existují různé způsoby, jak neprochladnout, ale k hlavním „zlepšovákům“ patří u savců srst a u ptáků zase prachové peří. Jednou ze strategií, jak zlepšit izolační vlastnosti jejich tělesné pokrývky je naježení srsti a načepýření peří. Tím se totiž mezi chlupy nebo peřím zachytí více vzduchu, který tam funguje jako velmi dobrý izolant. Zvířata, která žijí ve skutečně chladných podmínkách, mají navíc speciálně utvářenou srst obsahující uvnitř chlupů vzduchové komůrky, které vylepšují ty izolační vlastnosti.

Podrobnější vysvětlení

A jak je to vlastně s tou izolační schopností vzduchu? Zvířata často používají vzduch, aby jim pomohl zůstat v teple. Dělají to tak, že udržují teplý vzduch u pokožky (ohřívaný tělem zvířete) pomocí srsti nebo peří, které ji tam zachytí. Vzduch je dobrý v udržování tepla, protože jeho molekuly jsou od sebe daleko, což ztěžuje přenos a ztrátu tepla (viz obrázek níže).

Princip zpomaleného přenosu chladu skrz nehybný vzduch si můžeme nasimulovat následujícím pokusem:

1. Třídu rozdělíme na dvě nestejně velké části – cca 4/5 a 1/5. Větší skupinka vytvoří souvislou řadu, kde se vzájemně drží za ramena (může simulovat třeba železo – něco co dobře vede teplo). Vedle nich utvoří druhá skupinka stejně dlouhou řadu. Mezi žáky budou v tomto případě mezery (představují vzduch – špatně vedou teplo).

2. Nyní si zkusíme nasimulovat přenos tepla. Přenos tepla se děje plácnutím na ramena souseda. Jelikož molekuly (tedy i žáci) v nehybném vzduchu se mezi s sebou nepohybují nijak cíleně a velmi pomalu, proto žáci můžou chodit pouze pomalinku a do náhodných směrů – žádné cílené přímky, spíš krouživé pohyby.

3. Na závěr si porovnáme, o kolik byl přenes souvislou řadou rychlejší.

Jak to může být užitečné?

Srst a peří zvířat používali lidé odpradávna na výrobu různého oblečení nebo přikrývek. A děláme to pořád: kožichy a péřové bundy jsou dodnes běžné. Také jsme se ale naučili, jak vytvořit umělá vlákna, která jsou dutá, jako jsou chlupy severských zvířat, nebo další výborně izolující materiály, které mají v sobě spoustu zachyceného vzduchu (izolační vaty, pěny,…).

Jeden mladík v USA vynalezl nafukovací bundu, která se zase chová podobně jako když zvířata naježí srst tak, aby lépe izolovala. Tuto bundu lze totiž v chladném počasí nafouknout (má v sobě malou pumpičku), aby se zvýšily její izolační vlastnosti, a když je teplo, tak se zase vyfoukne.

Na vytápění a chlazení budov spotřebujeme obrovské množství energie. Jedním z nejlepších způsobů, jak velké množství této energie můžeme ušetřit, je lepší izolace našich domovů a budov. To už vlastně umíme, ale ještě tyto způsoby můžeme dále zlepšovat, když se necháme inspirovat zvířaty – stejně jako třeba u nafukovací bundy. Dokázali byste vymyslet nějaké podobné příklady?