Проект “В лесу и не только”

Руководители проекта: Анастасия Михайлова, Михаил Кругляков

Пущино - 2002

Самый рейтинговый проект года действовал по нескольким направлениям. Похоже, у меня отчеты не всех групп. Да и названия их я не все знаю. Буду зело благодарен, если меня дополнят - ИСН

Группа 1

Максимова Надежда, Селиванова Ирина

Нашей задачей было создать лес и рассмотреть в нем взаимодействие двух видов. Нагляднее всего рассмотреть взаимодействие хищника и травоядного, т. е. частный случай ситуации: хищник - жертва.

Сначала мы определили, что будет входить в состав нашего леса:

1.Участок земли;

2. Водоем;

3. Растения;

4. Животные.

Чтобы рассмотреть взаимодействие животных, необходимо определить, что нужно животному для существования. На наш взгляд это:

1.Еда;

2.Вода;

3.Жилище (среда обитания);

4.Возможность размножаться;

5.Возможность естественного отбора;

6.Определенные климатические условия.

Каждому животному свойственны некоторые признаки, по которым его можно охарактеризовать.

Строение:

Поведение:

Поскольку у нас не настоящий лес, а упрощенный, то некоторые признаки и пункты из списка того, что необходимо животным, мы выкинули, т.к. когда волк гонится за зайцем, последнему все равно, как волк воспитывает потомство.

В нашем лесу живут только зайцы и волки. Мы рассмотрели, какие признаки наиболее важны при их взаимодействии.

Заяц: травоядное;

мало спит;

быстро бегает.

Волк: хищник;

преследует свою жертву;

могут охотиться стаей.

Для того чтобы составить программу, которая бы показывала некое взаимодействие этих животных, мы ввели некоторые параметры: размеры зайца и волка, их скорость и т.д.

 

Заяц

Волк

скорость, м/сек

20

21

угол чувства, °

360

180

чувствует, м

50

50

ест, в сутки

6 часов

4 кг

пьет, мин в сутки

20

20

спит, часов в сутки

6

6

живет, лет

8

10

вес, кг

16

неважно

Если заяц не ест 1 день или недоедает, его скорость уменьшается на 1 м/сек.

Зайчиха вынашивает детенышей 2 месяца. Она приносит по 8 - 13 зайчат 4 раза в год. У зайцев появляются детеныши через 1 год после рождения. Детеныши выходят из норки через 2 недели после появления на свет и весят 2 кг. В 1 месяц зайчата весят 4 кг, в 2 месяца – 6 кг, в 4 мес. – 8 кг, в 6 мес. – 10 кг, в 8 мес. – 12 кг, в 10 мес. – 14 кг, в 12 мес. – 16 кг. Скорость зайчонка – 15 м/сек.

Если волк не ел 1 день, его скорость – 21 м/сек. Если он не ел 2 дня, его скорость – 25 м/сек, если 3 дня – 21 м/сек. Если волк не ел большее кол-во дней, его скорость уменьшается на 1 м/сек в сутки.

Самка вынашивает детенышей 2 месяца. Она приносит 2-8 волчат 1 раз в год. В течение 2 месяцев волчиха кормит потомство молоком. В 2 месяца волчонку нужно 1 кг мяса в день, в 8 мес. – 2 кг, в 12 мес. – 4 кг. У волков появляются детеныши через 3 года после появления на свет. Скорость волчонка – 16 м/сек.

В нашем лесу 2 волка и 32 зайца. Следовательно, 16 заячьих норок и 1 волчья.

Поляна:

длина – 50 м;

ширина – 20м;

Лес:

длина – 5 км;

ширина – 3 км;

Ручей:

длина – 3 км;

ширина – 1 м.

Затем мы рассмотрели варианты поведения зайцев и волков в различных ситуациях:


Волк видит зайца.
Волк сыт – не обращая внимания на зайца, идет спать.
Волк голоден - волк гонится за зайцем (скорость волка), заяц убегает от волка (скорость зайца).
Заяц может спастись от волка только в заячьей норе.
  1. Если в радиусе 50 м нет никакой норки, заяц убегает от волка по прямой, пытаясь при этом найти укрытие (норку).
  2. Если между зайцем и волком расстояние 50 м. и норка расположена на расстоянии 20 м и меньше от зайца, он бежит в нее.
  3. Если норка расположена таким образом, что расстояние от нее до зайца меньше, чем от норы до волка, и расстояние от зайца до норы < или = 50 м, заяц бежит туда.
  4. Если волк гнался за 1 зайцем, а вдруг появился другой заяц, причем расстояние от волка до другого зайца меньше, чем до первого, волк начинает гнаться за вторым.
  5. Если заяц и волк находятся на краю леса, и кругом нет ни одной норки, кроме как за волком, заяц бежит туда по полуокружности, радиус которой =1/2 расстояния от зайца до норы (расстояние от зайца до норы < или = 50 м).
  6. Если волк гнался за зайцем, и вдруг в радиусе 50 м появился зайчонок, волк начинает гнаться за зайчонком.
  7. Если волчонок погонится за взрослым зайцем, он его не догонит.
  8. Если волчонок погонится за зайчонком (см. 1) – 5)).
  9. Если за зайцем погонятся 2 волка, он будет убегать от них по прямой, перпендикулярной отрезку, соединяющему волков по направлению от волков.
  10. Если в радиусе 20 м есть норка, заяц бежит туда. (В ситуации “волк, заяц, волчонок” все будет происходить аналогично ситуации “волк, заяц, волк”).
  11. Если за зайцем гонятся 3 и более волков, он убегает от них по вектору суммы векторов, направленных от волков к зайцу.
  12. Если за зайцем гонятся 3 и более волков, заяц находится в их кольце и в радиусе 50 м нет ни одной норки – 9).Если есть норка, заяц бежит в нее.
  13. Если заяц и волк находятся на краю леса и в радиусе 50 м нет ни одной норки, то:
    если волк бежит параллельно краю леса, то заяц убегает по прямой, перпендикулярной отрезку, соединяющему волка и зайца;
    если волк бежит не параллельно краю леса, заяц убегает параллельно краю леса.
    Если есть норка, заяц бежит в нее.
  14. Если заяц находится на краю леса и окружен несколькими волками, он побежит по прямой, перпендикулярной отрезку, соединяющему любых двух волков.
  15. Если волк поймал зайца, он несет его в нору, не обращая внимания на пробегающих мимо него зайцев.
  16. Если волк не ел несколько дней, он съест на 2 кг больше обычного.
  17. Наевшись, волк пойдет пить.
  18. Напившись, он пойдет спать.
  19. Выспавшись, он пойдет на охоту.
  20. Если волк не погонится за зайцем, заяц будет продолжать делать то, что делал до встречи с волком.
  21. Волк ищет зайца 7 часов, если он его не находит, он идет пить, а потом спать. Спит волк 3 часа, потом он опять идет искать зайца (7 часов),затем, если не находит, идет спать (3 часа). Оставшиеся 4 часа волк: либо воспитывает потомство, если оно у него есть, либо просто бродит по лесу. Если в это время он встретит зайца, то погонится за ним.
  22. Проснувшись, заяц идет есть. Наевшись, заяц идет пить. Напившись, заяц будет либо воспитывать потомство, либо просто бегать по лесу, а потом пойдет спать. Если в какой-то момент за зайцем погонится волк, заяц все бросит и попытается спастись.

Вывод: мы подготовили необходимые, на наш взгляд, материалы, чтобы программисты смогли составить нужную нам программу. Но поскольку мы задали очень много разнообразных параметров, было достаточно сложно создать программу, которая бы выполняла все нужные нам операции.

Группа 2

Эксперимент “Деревья”

Цель: измерить приблизительный радиус ствола деревьев одного вида или нескольких вперемешку (все измеряемые деревья должны расти в одной среде).

Вычислить радиус ствола дерева можно по формуле l/p=d (l длина окружности ствола; d=2r). Поэтому сначала надо было выяснить приблизительную длину окружности ствола дерревьев. Мы измерили стволы 104-х деревьев (при помощи размеченной веревки), растущих в Пущино в двух дворах (были измерены деревья более 3-х метров в высоту и с не менее 30-й см длиной окружности ствола). Среди этих деревьев были: ивы, тополя, ели, кашштаны, березы, рябины. После проведения некоторых расчетов выяснилось, что из этих 104-х деревьев преобладают деревья с длиной окружности ствола 50-70 см.

Эксперимент “Угол обзора”.

Цель работы: Вычислить угол обзора у человека при фиксированном положении головы, и исходя из результатов эксперимента выяснить, является ли человек хищником.

Для измерения угла обзора мы придумали специальный прибор. Он состоит из белого листа, на котором начерчены две линии: горизонтальная и вертикальная. Над вертикальной должен располагаться нос, а над горизонтальной линией должны находится глаза. Вокруг образовавшегося креста, с помощью транспортира были отмечены углы (от 1 до 360 градусов) показывающие угол обзора.

После изготовления измерительного прибора мы пригласили сорок добровольцев (среди них восемнадцать женщин и двадцать два мужчины), и измерили угол их обзора в зафиксированном положении головы, но с возможностью двигать глазами. Мы получили результаты и оказалось, что средние арифметические углов обзора у женщин и у мужчин оказалось практически одинаковым. Самое широкоэкранное зрение обнаружено у Глухова Димы (результат которого составил 278 градусов), второе место разделили Лахно Алексей и Пружановская Мария (их результат составил по 272 градуса), что не соответствует информации предоставленной газетой “Мышь”.

После проведения первого (пробного) эксперимента мы решили провести второй, для выполнения главной задачи. Мы взяли тот же измерительный прибор, что и в первом эксперименте, только вместо линейки мы подносили разные геометрические фигурки черного цвета на белой бумаге. Мы подносили фигурки под разными углами, до тех пор пока человек их различал. При этом мы следили, чтобы глаза человека оставались неподвижными – (сконцентрированными на другом предмете).

Угол обзора был измерен у 20-ти человек, и у большинства составил примерно 160 градусов. Поскольку травоядные обычно видят на 360 градусов, а хищник же видит не более чем на 180 градусов, то можно утверждать, что человек – хищник.

Эксперимент “Кузнечики”

Цель: выяснить поведение травоядных насекомых, при отсутствие привычной пищи, наедине с другими травоядными насекомыми.

Кузнечики (6) были отловлены в течение 20 минут и помещены в канистру. В процессе ловли один кузнечик пытался вырваться и получил травму (лишился половины ноги). Кузнечики, попав в канистру беспорядочно прыгали, особенно первое время. Они по-видимому испытывали недостаток в воздухе, и потому собирались у горлышка канистры, которое было закрыто марлей. В течение 6 часов подопытные не пытались друг друга атаковать и никто из них не умер. Одному из кузнечиков удалось сбежать, пока они были оставлены без присмотра. Выяснилось, что марля, которая играла роль крышки и вентиляционного отверстия, была прогрызена, а потому, чтобы побег не повторился, были проделаны вентиляционные отверстия, а марля заменена на обычную крышку. Через сутки один кузнечик умер. Примерно в это-же время были отловлены колорадские жуки (12 жуков и 8 личинок). Один жук и одна личинка были помещены в канистру к кузнечикам. Все остальные колорадские жуки (и их личинки) должны были остаться в банке, закрытой двухслойной марлей. В течение 8,5 часов одна из личинок в “колорадской” банке умерла. В банке “кузнечиков” один кузнечик попытался атаковать личинку, но его спугнули.

После этого кузнечики, жуки и их личинки были оставлены на двое суток. За это время умерли все оставшиеся кузнечики. Трупы кузнечиков были нетронуты, следовательно, кузнечики не стали заниматься каннибализмом. Колорадский жук и его личинка тоже не решились есть трупы кузнечиков. В “колорадской” банке, напротив, жуки с охотой съели всех своих личинок.

После этого еще один кузнечик был пойман и посажен к колорадским жукам. Жуки на его жизнь не покушались, однако в течении шести часов он успел убежать, был пойман, и вновь посажен к колорадским жукам. В течение 17 часов никто не был атакован и не умер естественной смертью, но создалось впечатление, что колорадские жуки дрались.

Через некоторое время все оставшиеся в живых подопытные были отпущены на свободу.

В случае с колорадскиими жуками нам удалось доказать, что они способны есть своих личинок. Эксперимент с кузнечиками был повторен, но результаты не изменились.

Вывод: колорадские жуки не едят других колорадских жуков, но способны съесть своих личинок.

Гипотеза о том, что кузнечики способны поедать своих сородичей, не подтвердилась.

Эксперимент “Вкус”.

Цель: узнать, какие вкусы различает человек, и в состояние ли он различать их с завязанными глазами и с закрытым носом.

Для начала мы выделили четыре основных вкуса: сладкий, соленый, кислый и горький. Параллельно рассматривался вариант “острый”.

После этого мы провели эксперимент. В ходе эксперимента мы давали людям различные продукты:

  1. чеснок (не очень острый),
  2. лимон (слабый),
  3. лук (свежий),
  4. бульонный кубик (“Gallina Blanca”)
  5. красный перец (порошок),
  6. шоколадку (M&Ms).

При этом у подопытного были завязаны глаза и заткнут нос. Задача человека при этом была назвать то, что ему дали съесть, и какого вкуса этот продукт. Перед пробой очередного продукта мы давали человеку черный хлеб и воду чтобы сбить вкус предыдущего продукта.

Чеснок почти все назвали острым, но несколько человек назвали его горьким. Лимон назвали кислым абсолютно все. Бульонный кубик всем показался соленым. Перец назвали острым, M&Ms сладким (почти все). Лук несколько человек перепутали с яблоком.

В заключение эксперимента мы хотим сказать, что наш эксперимент подтвердил слова ученых о том, что сладкий, соленый, кислый и горький являются вкусами, а вариант “острый” относится к смеси вкусов: В ходе эксперимента было подтверждено что на вкус лука сильно влияет его запах, и его несколько человек перепутали с яблоком.

Группа “Семья зверей”

Нашей целью было вывести формулу для вычисления численности популяции какого-либо вида животного. Мы предположили, что численность популяции не может постоянно расти, и, достигнув некоторого значения, остается примерно на таком уровне, так как среда обитания популяции оганичена, и, следовательно, ограничено количество корма и ресурсов. Иследовав рост реальных численностей популяций животных, мы пришли к выводу, что наше предположение верно. Можно видеть что сначала численность возрастает, а достигая определенного значения, колеблется около него.

Неограниченный рост популяции наблюдается, например, когда животное может жить в любых условиях. Примером этого может служить популяция тараканов в городе Москва.

Рассмотрим факторы, влияющие на рост численности популяции.

Численность поколения зависит от рождаемости, смертности и численности предыдущего поколения.

Обозначим за b- рождаемость, d-смертность, r – естественный прирост (r = b-d).

Т.к. среда ограничена, она не может вместить популяцию, численность которой превышвет некоторое значение. Введем параметр K, обозначающий вместимость среды, то есть максимальное количество особей данного вида, которое эта среда вмещает. Численность популяции в n-ом году обозначим за Sn. В Sn входит численность популяции предыдущего года и прирост:

Sn=Sn-1+rSn-1

По этой формуле при r>0 численность популяции растёт без ограничений. Но т.к. среда ограничена, то с ростом популяции будет расти внутривидовая конкуренция.

Поэтому домножим прирост на коэффициент (1-Sn-1/K), обозначающий конкуренцию. Формула примет вид:

Sn=Sn-1+rSn-1 (1-Sn-1/K).

Чем меньше численность популяции, тем меньше коэффифциент влияет численность популяции. Когда численность поколения станет равна максимальной численности

(Sn-1=K), то численность популяции будет поддерживаться на одном уровне (Sn=Sn-1).