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!

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:

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.

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)

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

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?

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).