A mérés, megfigyelés elméleti háttere Néhány tény a denevérekről, tudományos szemszögből: A denevérek nem vakok, de az igaz, hogy a legtöbb denevérnek a hallása sokkal jobb a látásánál. A denevérek echolokációt (egyfajta szonárt) használnak a zsákmányuk megtalálásához. Ez azt jelenti, hogy ultrahangok kibocsátására képesek, majd azok visszaverődéseit érzékelve meg tudják határozni zsákmányuk helyét. A denevérek nem szárnyas egerek. Saját rendszertani csoportjuk van, amelyet Chiropteranak, azaz szárnyas kezűeknek neveznek. A denevér az egyetlen olyan emlős, amely repülni képes. A denevérek, a tévhitekkel ellentétben, nem az ellenségeink. A több, mint kilencszáz denevérfaj közül csak három tartozik az ún. vámpírdenevérek közé, ezek kizárólag Latin-Amerikában élnek. A vámpírdenevérek nem szeretik az emberi vért, a marhákét és más haszonállatokét annál inkább. A denevérek fontosak az emberiség számára. Hozzájárulnak az egészséges ökoszisztéma fenntartásához. Az olyan területeken, ahol kiirtották a denevéreket, a rovarok túlszaporulata mezőgazdasági károkat okozott. A denevérek fontos szerepet játszanak a virágok beporzásában, és a magvak szétszórásában is. Az Egyesült Államokban a denevérek a legveszélyeztetettebb szárazföldi emlősök. Az ultrahangok a hallgató hangokhoz hasonlóan- a közeg mechanikai rezgései, frekvenciájuk azonban nagyobb, mint a hallható hangoké, azaz 20 000 rezgés/másodperc feletti. A denevér ultrahangok segítségével "lát" a sötétben. Nagyfrekvenciájú hangjelekből álló csettegéseket bocsát ki. Ezek a hullámok a tárgyakról és a repülő rovarokról visszaverődve olyan visszhangokat keltenek, amelyet a denevér hall. Minél rövidebb idő telik el a hang kibocsátása és a visszhang visszaérkezése között, annál közelebb van a rovar. Ahogy a denevér megközelíti áldozatát, egyre gyakrabban csetteg, hogy a rovar helyét a lehető legpontosabban behatárolja. A denevérek tájékozódását modellező megfigyelés célkitűzése: A kísérlet során tapasztalni fogod azt, hogyan érzékelik a denevérek a zsákmányukat, mégpedig úgy, hogy a kísérlet kedvéért te leszel a zsákmány, míg az ultrahangos szenzor a denevér szerepét fogja eljátszani. Meg fogod ismerni, hogy ez a folyamat grafikusan hogyan ábrázolható. Eszközszükséglet: Számítógép Lego Mindstorms Education EV3Student Edition szoftverrel Lego Mindstorms EV3 chiptégla Ultrahangos távolságérzékelő (45504) Lego adatkábel stopper 1. oldal
Eszközismertető Az ultrahangos távolságérzékelő ugyanazt a mérési elvet használja, mint a denevérek: a távolságot úgy méri, hogy kiszámolja azt az időt, amely alatt a kibocsátott hanghullám a tárgynak ütközik és visszatér, ugyanúgy, mint a visszhang. Kemény felületű tárgyak távolságát pontosabban adja meg, mint a puha felületűekét (mert az utóbbiak kevésbé verik vissza az ultrahangot). Az EV3 változat esetén szoftverkörnyezetben beállítható az ún. csendes mód, amelynél nem bocsát ki ultrahangot, csupán figyeli, hogy van-e a környezetében ultrahangforrás. EV3 chiptégla Ultrahangos távolságérzékelő szenzor Lego Mindstorms Education EV3Student Edition szoftver A kísérlethez kapcsolódó megfigyelése leírása 1. feladat Bizonyosodj meg arról, hogy az ultrahangos szenzor csatlakoztatva van a mérésadatgyűjtőhöz, és az a számítógéphez. Indítsd el a szoftvert. Hozz létre egy fájlt (denever névvel) a méréshez. Helyezd a szenzort az asztal szélére, és győződj meg arról, hogy a szenzor előtt a rendelkezésedre áll egy legalább egy méter széles és négy méter hosszú, szabad terület. Rendezd, úgy hogy, amikor szemben állsz a szenzorral, akkor ráláss a számítógépre is. 2. feladat A következő lépésként képzeld azt, hogy az asztalon lévő ultrahangos szenzor igazából egy faágon fejjel lefelé kapaszkodó denevér, te pedig egy olyan bogár vagy, amelyet a denevér szívesen elkapna. Többféle mérést fogsz elvégezni azért, hogy megismerhesd, mit lát belőled a denevér a különböző helyzetekben. Minden egyes mérés után rajzold be a grafikont a munkafüzetedbe. 2. oldal
Távolság (m) A denevérek érzékelésének modellezése Az első méréshez állj mozdulatlanul, 0,5 m távolságra a szenzortól, és kérd meg a társadat, hogy indítsa el a mérést. Rajzold le a kapott grafikont! Jelöld a megfelelő mennyiségeket is a tengelyeken! Most állj meg mozdulatlanul, 2 m-re a szenzortól, majd kérd meg a társadat, hogy indítsa el a mérést. Rajzold a fenti koordinátarendszerbe a most kapott grafikont is, így ezen az ábrán már két mérés eredményét is megfigyelheted (a 0,5 m-esét és a 2m-esét). Grafikon 0,5 és 2m távolságban, mozdulatlanul állva idő (s) 3. feladat Most kövesd a következő lépéseket, ahhoz, hogy megjelenítsd azt, amit a denevér lát belőled miközben különböző sebességgel távolodsz. Először állj 0,5 m-re a szenzortól, majd miután a társad elindította a mérést, lassan kezdj el hátrálni. Rajzold le a kapott grafikont! Most is 0,5 méterre állj meg a szenzortól, de miután a társad elindította a mérést kezdj el gyorsan hátrálni. Rajzold a fenti koordinátarendszerbe a most kapott grafikont is, így ebben a koordinátarendszerben össze tudod hasonlítani a lassú és gyors hátrálás során mért adatokat. Grafikon lassan és gyorsan távolodva a denevértől 4. feladat Most kövesd a következő lépéseket, ahhoz, hogy megjelenítsd, azt amit a denevér lát belőled miközben különböző sebességgel közeledsz hozzá. Először állj 3 m-re a szenzortól, majd miután a társad elindította a mérést, lassan kezdj el közelíteni hozzá. Rajzold le a kapott grafikont! Most is 3 méterre állj meg a szenzortól, de miután a társad elindította a mérést, kezdj el gyorsan lépkedni a szenzor felé. Rajzold a fenti koordinátarendszerbe a most kapott grafikont is! Így ebben a koordinátarendszerben össze tudod hasonlítani a lassú és gyors közelítés során mért adatokat. Grafikon lassan és gyorsan közeledve a denevérhez 3. oldal
5. feladat Mit lát a denevér az egy helyben mozgó zsákmányból? A denevérek érzékelésének modellezése Állj meg két méterre a szenzortól és miután a társad elindította a mérést, kezdj el egy helyben ugrálni. Fel- le ugrálás a denevér előtt Próbálj meg a két méteres jel közvetlen közelében maradni! 6. feladat A mért adatok elemzése: Hogy néz ki a grafikon, amikor te -a bogár szerepét játszva- mozdulatlanul állsz?... Amikor bogárként távolodtál a szenzortól (a denevértől), milyen irányultságú grafikont kaptál? Amikor bogárként közeledtél a szenzorhoz (a denevérhez) milyen irányultságú grafikont kaptál?... Írd le, milyen típusú, meredekségű grafikont kaptál, amikor bogárként gyorsan a denevér felé közelítettél?... Írd le, milyen típusú, meredekségű grafikont kaptál, mamikor bogárként lassan a távolodtál a denevértől?... Amikor a denevér előtt fel le ugráltál, mi történt a grafikonoddal? Milyen képet kaptál?... 7. feladat A kísérlet következő részében olyan bogarak mozgását kell lekövetnetek, amelyeknek sikerült elmenekülniük a denevér elől. 4. oldal
Nézd meg alaposan a grafikont, majd a mérés előző részében tapasztaltak alapján gondolkodj el azon, vajon milyen típusú mozgást végezhetett a denevér elől sikeresen elmenekült bogár. 2 Sikeres menekülés grafikonja 1 2 5 6,5 7,5 Egészítsd ki a következő mondatokat sorban haladva, minden egyes mondatot a megfelelő számmal/szóval! 1) A denevértől méterre állj. 2) Maradj egy helyben másodpercig. 3) másodpercig mozogj (közeledve vagy távolodva) a denevér (felé vagy től) (lassan vagy gyorsan). 4) Utána másodpercig mozogj (közeledve vagy távolodva) a denevér (felé vagy től) (lassan vagy gyorsan). 5) Majd állj egy helyben másodpercig, méterre a denevértől. Most próbáld meg minél pontosabban elvégezni a fent leírt mozgásokat, miután a társad elindította a mérést.sikerült pontosan lekövetned a menekülő bogár mozgását? Mit csinálnál esetleg másként? Írd le!... 8. feladat Nézd meg alaposan a grafikont, majd a mérés előző részében tapasztaltak alapján gondolkodj el azon, vajon milyen típusú mozgást végezhetett a denevér elől sikeresen elmenekült bogár. 1,5 2 1 Sikeres menekülés grafikonja 2 3 7 7,5 5. oldal
Írd le a menekülő bogár mozgását (ebben segíteni fog, ha visszaemlékszel a 7. feladat kiegészítős részére)!... Most próbáld meg minél pontosabban elvégezni a fent leírt mozgásokat, miután a társad elindította a mérést.,mennyire sikerült jól a mérésed? Próbálkozzatok újra, ha szükséges.... 9. feladat Képzelj el egy olyan grafikont, amely 5 mp-ig kis meredekséggel csökken, majd vízszintesen halad tovább. Vajon milyen mozgásokat végezhetett a bogár?...... Képzelj el egy olyan grafikont, amely 7 mp-ig vízszintesen halad, majd meredeken felfelé fut tovább. Ebben az esetben vajon milyen mozgásokat végezhetett a bogár?...... Érdekességek: Már igen régen, az 1700-as években Lazzaro Spallanzani olasz természettudós kísérleteivel bizonyította, hogy a denevérek a fülüket használják tájékozódásra. Kísérleteket végzett, mégpedig úgy, hogy egy szobában zsinegeket húzott ki, amelyekre csengőket helyezett, és kiengedte a denevéreket úgy, hogy először a szemüket takarta el. A denevérek kikerülték a zsinegeket, hiszen az ultrahang kibocsátásával pontosan meg tudták állapítani, hol helyezkednek el a zsinegek, így nem repültek neki azoknak. Amikor azonban a denevérek a fülüket nem tudták használni a kísérlet során, akkor nekirepültek a csengettyűs zsinegeknek. A kísérlet sikeres volt, mégsem tulajdonítottak neki semmi jelentőséget az akkori tudósok, és csak 1930-ban sikerült megcáfolni az addig tartó hiedelmet, hogy a denevérek valamifajta tapintószőrökkel tájékozódnak. Olvass további érdekességeket a denevérekről Az éjszaka koboldjai, a denevérek című cikkben! http://hirmagazin.sulinet.hu/hu/eletmod/az-ejszaka-koboldjai-a-deneverek Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mivel tájékozódik a denevér? 2. Hogyan tájékozódik a denevér? 3. Milyen mennyiséget mérünk ultrahanggal? 4. A vizsgált grafikonok esetében milyen mennyiségeket ábrázoltunk a tengelyeken? Felhasznált szakirodalom: Nádori Gergely: Hogyan lát a denevér a fülével http://hirmagazin.sulinet.hu/hu/pedagogia/hogyan-lat-a-denever-a-fulevel A mérés ötlete a Vernier szenzorcsalád honlapján közzétett kísérleten alapul: http://www.vernier.com/ 6. oldal