Публикации: Олимпиада

Игра №1. «Наноботы»

Задание: Два малыша решили придумать компьютерную игру. За основу взяли мамины сказки про бактерии, вирусы и нанороботов, защищающих организм человека. Однако образования малышей не хватает для подробной проработки всех пунктов. Помогите им в создании увлекательной и полезной игры! (Рис. 1 и 2)

http://www.starenie.ru/texnologii/nanotex.php

Предлагается построить рассказ по следующей схеме:

Действующие персонажи:

1. Наноботы

2. Вирусы и бактерии, отличаются друг от друга видом и методами борьбы.

3. Макросистема, может хаотично изменять условия игры.

Акценты игры:
1. Изменения свойств при определенных условиях.
2. Понятие самоорганизации и другие принципы наноразмерности.
3. Всевозможные биологические понятия.

Оружие:
1. Для диагностики
2. Для сражения
3. Для защиты
4. В игре могут быть санитары и мусорщики.

Бонусы:
Наномоторы
Наноавтомобиль
Нанопушка
Нанокапсула, лекарство и пр., что может быть полезно для уничтожения противников. А так же средства доставки бонусов.

Ответы: Эта компьютерная игра действительно придумана моими братьями 6 и 4 года. По моим наблюдениям понятие наноразмера детьми воспринимается намного легче, чем взрослыми, как некая простая данность. Когда я предложила создать такую игру, они быстренько рассказали сценарий: два наноробота - Даня (нанобот для борьбы с бактериями) и Мотя (антивирус) вступают в неравный бой с полчищами бактерий или вирусов. На экране человек, на котором красным указана зона поражения. Указывается кто атакует. Из меню выбираются соответствующие нанороботы и запускаются перорально или с помощью инъекций в организм. Но когда мне пришлось обосновывать все методы борьбы с вирусами или бактериями с биологической, физической и химической точки зрения, я поняла, что не все так просто! Скажете: «детский сад!»? А попробуйте объяснить, например, что золотое покрытие (в качестве бонуса) делает нанобота безопасным для человеческого организма, а использование в качестве изолятора полимера многократно увеличивает срок службы нанобота. (По секрету: дети всему верят на слово).

Примеры вопросов, которые можно использовать в игре:

1) В игре бактерия входит в турбулентность. Может ли это произойти на самом деле?

2) Как совершается движение жгутика, и как он может использоваться в борьбе с наноботами?

3) В игре есть красный шарик, взрывающий бактерию. Что это может быть? Например, «красный шарик» является ферментом лейкоцита, открывающий протонные каналы бактерии, в результате чего она «взрывается» от потока ионов из внешней среды.

4) Как происходит узнавание разных бактерий, например кишечной палочки?

5) Что будет, если бактерия проглотит наноробота?

6) Какие излучения может применять нанобот для борьбы с противником?

7) Какие наноматериалы используют наноботы в своем арсенале?

8) Какие средства для доставки лекарств можно применить? (фуллерены, мицеллы и пр.)

Мои братики смогли ответить на эти вопросы (по-своему, конечно)!

Игра №2. Неугомонные спорщики (физико-биологическая).

Два наноробота Даня и Мотя поспорили: кто быстрее доберется до самого верхнего листа земляничного дерева? (Рис. 3) Даня решил «шагать» по абсолютно гладкому и ровному стволу. А Мотя оказался хитрее, и поднимался внутри ствола, используя «внутреннее течение».

Вопросы:

1. С какой скоростью должен двигаться Даня, чтобы прийти к вершине одновременно с Мотей, и возможна ли такая скорость для наноробота?
2. Какой принцип движения использует Даня?
3. Как зависит ли скорость Моти от: вида дерева, возраста дерева, времени года? Не
   застрянет ли Мотя внутри дерева?
4. Не повредится ли дерево в результате такого эксперимента? Какой должен быть размер Моти, чтобы беспрепятственно двигаться вверх?
5. Может ли Мотя по стечению обстоятельств отправиться в другом направлении?
6. С какой стороны листа выйдет Мотя и зайдет Даня, и встретятся ли они вообще?
7. Какова вероятность, что Мотя доберется до самого высокого листа?
8. Как проследить за движением Моти снаружи?
9. Смогут ли Мотя и Даня общаться между собой или мешать друг другу?
10. Как можно определить положение Моти?

Задача №3. 2 ученых – 1 вопрос

Фейнман ловко доказывает теоретически, что существует симметрия физических законов. Например, симметрия в пространстве и времени. Если строим один аппарат в некотором месте, а затем переносим аппарат в другое место, то все повторяется в той же временной последовательности, при тех же условиях. При перемещении во времени также симметрия срабатывает. А дальше вопрос: «Симметричны ли физические законы при изменении масштаба?» Предположим, что мы построили аппарат, а затем строим его копию, увеличенную в пять раз. «Будет ли копия работать таким же образом?". Ответ:"Нет! Длина волны света, излучаемого, например, атомами натрия, находящимися внутри коробки, и длина волны света, излучаемого газом атомов натрия, занимающих в пять раз больший объем, не будет различаться в пять раз, а будет той же самой. Так что измениться отношение длины волны к размеру излучателя».

Вопросы:

1. А теперь предположим, что Фейнман переместился в прошлое и сказал это Галилею. Удивился бы великий ученый?
2. На рисунке 4 изображен дендриметр полисилоксана. А что бы Вы сказали о прочности такого воздушно-десантного дендриметра (рисунок 5)?

Ответ: Здесь приведена цитата из книги Р. Фейнмана: «Дюжина лекций: шесть попроще и шесть посложнее». Факт, что законы физики не остаются такими же при изменении масштаба, был открыт Галилеем. Он понял, что прочность материалов изменяется не в прямой пропорции с их размерами. Вот что он писал в своей книге «О двух новых науках»: “Вы теперь ясно видите невозможность как для искусства, так и для природы, увеличивать размеры своих произведений до чрезмерно огромных; равным образом, невозможно и сооружение кораблей, дворцов или храмов колоссальных размеров, если мы хотим, чтобы их весла, реи, балки, скрепы, короче, все вообще их части держались бы как одно целое; сама природа не производит деревьев необычайной величины, иначе ветви их поломались бы от собственной тяжести; невозможно было бы также создать и скелет человека, лошади или какого-либо другого животного так, чтобы он сопротивлялся и выполнял бы свои нормальные функции, если бы размеры этих живых существ были бы непомерно увеличены в высоту. Такое увеличение в высоту могло бы оказаться осуществимым лишь в том случае, если бы для них был использован более твердый и прочный материал, или если бы их кости были увеличены также и в ширину, отчего по форме и по облику эти существа стали бы походить скорее на чудовищ... Если, напротив, размеры тела сократить, то прочность его хотя и уменьшится, но не в той же степени; и действительно, чем меньше тело, тем больше его относительная прочность. Так, например, маленькая собачка смогла бы, вероятно, унести на своей спине пару или даже три таких, как она, собачки, лошадь же, надо думать, не в силах была бы поднять и одной себе подобной”. Конечно, приветствуются любые формы ответа, показывающие информированность о развитии науки того времени.

Игра №4. Все ввысь и ввысь.

Вопрос: «Сама природа не производит деревьев необычайной величины, иначе ветви их поломались бы от собственной тяжести». Приведите математическое подтверждение высказыванию Галилея.

Ответ: Основа решения - соотношение энергий, затрачиваемых (на рост, доставку питательных веществ и фотосинтез) и получаемых в результате фотосинтеза. Более полное решение можно найти, например, в книге «Основы линейной алгебры и математического анализа», Ю.Н.Сударев, Т.В.Першикова, Т.В.Радославова.

Наноигры №5

1. Одна из увлекательнейших игр студентов: “Да-нетки». Например, простейшая: «Художник зашел в лес написать пробивающийся сквозь листву луч солнца, и его не стало. Куда он изчез?» Ответ: Исчез эффект Тиндаля, а не художник, например, потому, что пошел дождь.
2. Игра в ассоциацию «Макромир – наномир» Например: тиранозавр – вирус, бактерия; калейдоскоп – самосборка; топография –атомно-силовая микроскопия и пр.
3. Игры для малышей! А теперь для малышей. Малыши обожают загадки. Вот несколько опробованных на братьях вариантов: «Перед вами, дети, ДЕНДРИМЕР! (Рис. 6) Он большой и круглый! (Дети очень любят запоминать сложнейшие слова, а потом используют их в играх!) Он состоит из похожих частей. Они на рисунке слева. Найдите все похожие части и соедините их с левыми рисунками. Посчитайте, сколько их получилось. (счет)Каких частей больше?(неравенство) На что похож дендример?( необходимо для запоминания). Четное или нечетное число звеньев у «звезды»? Раскрасьте рисунок и т.д. И.Э.ЛАЛАЯНЦ (Nature, 2002, № 6871, p. 487, 509 № 6896, р. 375, 399, № 6913, р.286; Science, 2003, № 5610, р. 1210)
4. Найди правильную тень(рис.7): Жила-была зловредная бактерия. И вот пришел воин-макрофаг и победил ее! Осталась от бактерии только тень. Но и она небезопасна. Надо ее найти и зачеркнуть красным карандашом! Вот как здесь
5. Найди отличия – любимая игра, любой материал подойдет, главное, чтобы были названия. Дети их обязательно запомнят!