Tudós tobozok

A fenyőtobozok motor nélkül nyílnak és záródnak.
A fenyőfák ugyanúgy viselkednek, mint egy jó szülő, aki megpróbál segíteni gyermekeinek, hogy sikeresek legyenek az életben. A segítség egyik módja, hogy minden magnak (amik a tobozban vannak elrejtve) „szárnyat” adnak, így teszik lehetővé, hogy nagy távolságra jussanak el az anyanövénytől. Ez azért szükséges, hogy minél távolabb kerüljenek egymástól is, és ne kelljen versenyezniük a tápanyagért és a napfényért. Nagyon fontos, hogy a tobozból megfelelő időben repüljenek ki a magvak: érettek legyenek, valamint ne legyen esős idő, mert a száraz magvak messzebbre repülnek a szélben, mintha nedvesek és nehezek lennének. A fenyőfák ezt a problémát megbízhatóan és elegánsan tudták megoldani. Nézzük meg, hogyan!
Foglalkozás
Zárt tobozokat fogunk felnyitni meleg levegő segítségével, majd az így előkerült magvakat reptetjük, először szárazon, majd nedvesen. Megfigyeljük, van-e különbség a kétféle állapotú mag repülése között.
Foglalkozás leírása:
Magyarázat
Hogyan tudják a tobozok szándékosan kinyitni és lezárni a pikkelyeiket, hogy a megfelelő pillanatban kiengedjék a magokat, pedig nem tartalmaznak sem izmokat sem idegeket, ráadásul érett állapotban elhalt sejtekből állnak?
Egyszerű magyarázat (9-10 éveseknek)
Amikor a toboz nedves, a pikkelyek egymásra simulnak; amikor kiszárad, a pikkelyek hátra hajlanak, ezzel felnyílik a toboz. Emiatt a magok a pikkelyek mögé vannak bezárva amíg elég száraz az időjárás ahhoz, hogy kirepüljenek.
Haladó magyarázat (11-12 éveseknek)
A fenyőtoboz a következő trükköt használja: minden pikkely két rétegből áll, de ezek vízelnyelő képessége különbözik egymástól. A külső réteg könnyebben felszívja a vizet, így jobban megduzzad. A belső réteg sokkal kevésbé tud megduzzadni, így esős időben a külső réteg befele nyomja a belső réteget, és zárva marad a toboz. Amikor kiszárad, megszűnik a két réteg közötti feszültség, így ismét kiegyenesedik a pikkely, vagyis felnyílik a toboz. (Lásd az ábrát!)

Ugyanezt az alakváltozást használják például az úgynevezett bimetál szalagnál, amely két, eltérő hőtágulású fémből készül. Amikor változik a hőmérséklet, a megfelelő irányban hajlik el, ezzel működteti például a termosztátot, ami ki-be kapcsolja a szobában a fűtést.
Hogyan segít fenntarthatóbbá tenni a világot?
Manapság sok olyan dolgot készítenek, amelyek automatikusan reagálnak a változó körülményekre, ilyen például a mozgásérzékelő lámpa is. A legtöbb hasonló találmány azonban összetett érzékelőket igényel, amelyek működéséhez folyamatos energiaellátásra van szükség. A fenyőtobozoknál a pikkelyek nyitása és zárása teljesen spontán folyamat, és nem igényel energiaellátást vagy rendszeres karbantartást. Ehelyett a fenyőtobozok anyaga kölcsönhatásba lép a környezetével, és ez elegendő a működéshez. Ez olyan mechanizmusok megtervezésére inspirálhatja a mérnököket, amelyek képesek mozgatni valamit és/vagy alakot változtatni energiaráfordítás nélkül. Az ehhez hasonló újítások hatékonyságuk és egyszerűségük miatt nagy mennyiségű energiát és egyéb erőforrást takaríthatnak meg, ami végső soron csökkenti a környezeti terhelést.
Képzeljünk el olyan új építészeti eljárásokat, amelyek reagálnak a változó páratartalomra. Például egyfajta árnyékoló, amely elemei becsukódnak a száraz, meleg, napsütéses időben, hogy hűvös maradjon az épület fala, ezzel a belső tér; éjszaka vagy hűvös, párás időben pedig kinyílnak. Másik lehetséges felhasználási terület, ha a napelemek a nap folyamán például bimetál segítségével a tökéletes dőlésszögbe tudnának beállni.
Egy már megvalósult ötlet: sportruházat, amely anyagát kettős tulajdonságú textilszálakból szőtték. A páratartalom függvényében változtatja a légáteresztő képességét, vagyis nedvesség hatására kinyílnak a pólusok, míg szárazon ismét bezáródnak (részletek itt, angol nyelven)
Tantárgyi kapcsolódás (STEAM)
Környezetismeret/Természettudomány
· megfigyelések, összehasonlítások
· növények megfigyelése, testfelépítése
· leíró képesség fejlesztése
· halmazállapot változások megfigyelése
Technika és tervezés (Technológia)
· anyagok tulajdonságai
· természetes és mesterséges anyagok
· tárgyak készítése
· lakás funkciója, karbantartása
Digitális kultúra (Mérnöki tudományok, mérnöki tudományok)
· információszerzés az e-világban
Vizuális kultúra (Művészetek)
· képek, alkotások készítése
Matematika
· alkotás térben és síkon
· összefüggések, kapcsolatok felismerése
Ötletek megbeszéléshez
Mikor változtatják meg viselkedésüket az emberek a körülöttük lévő körülmények alapján (pl. esernyő kinyitása, ha esik; felemeljük a kezünket, amikor a tanárok kérdést tesznek fel stb.)?
Az élőlények nagyon jól tudnak reagálni a környezeti változásokra. Mi történik, ha figyelmen kívül hagyjuk a körülöttünk lévő körülményeket, és viselkedésünket nem arra alapozzuk, amit a környezetünk mond nekünk?
További források
Magyar nyelven:
Érdekes cikk arról, hogyan nyerik ki a magot a tobozból.
A tobozpikkelyek szerkezete alapján kidolgozott anyagról (tovább a cikkhez).
Tudományosan, de érthetően a tobozok szerepéről (tovább a cikkhez).
Angol nyelven:
Hogyan nyílnak és záródnak a toboz pikkelyei az időjárásnak megfelelően? (tovább a cikkhez).
Kísérlet a nedvesség és a hőmérséklet fenyőtobozokra gyakorolt hatásának mérésére (tovább a cikkhez).
További érdekes foglalkozások
A nagy repülési képesség vizsgálat

Fotó: Danielle-Claude Bélanger / Unsplash
Különböző termések repülési képességét teszteljük, majd elkészítjük saját szárnyas termés modelljeinket.
Korosztály: 9-12 évesek
Időtartam: 15-30 perc