Em formação

Existe algo que torna as moscas mais lentas em grandes altitudes?


À primeira vista, altitudes mais altas equivalem a temperaturas mais baixas, o que provavelmente desaceleraria o metabolismo celular. No entanto, durante a mochila no Novo México em um clima de ~ 90 graus, eu experimentei a mesma coisa - as moscas eram lentas o suficiente para que eu pudesse pegá-las facilmente em minha mão, assim como com os hashis.

Isso está relacionado à densidade do ar? Por que essas moscas são muito mais lentas para reagir e se mover nas montanhas.

Além disso, esta questão ao menos pertence aqui?


A densidade atmosférica pode não ser a fator, mas do ponto de vista da física, os animais voadores devem, em geral, mover-se mais lentamente em grandes altitudes.

Por exemplo, o Wheeler Peak do Novo México está a uma altitude de aproximadamente 4 km acima do nível do mar. Para um cálculo da densidade do ar no verso do envelope, uma boa estimativa da altura da escala é de 10 km, ou seja, $ rho (h) = rho_ {sea} * e ^ {- h / 10km} $, o que significa que o a densidade do ar no Wheeler Peak é cerca de $ 2/3 $ a densidade ao nível do mar (outras condições do ar sendo iguais).
Para animais que batem asas, a potência necessária para manter o vôo é inversamente proporcional à densidade do ar. Não estou confiante sobre como os movimentos das asas das moscas seriam afetados (é aqui que um entomologista deve intervir), mas em qualquer caso, a velocidade do ar deve ser reduzida em grandes altitudes.


Animais voadores e planadores

Vários animais são capazes de locomoção aérea, seja por vôo motorizado ou planando. Esse traço apareceu pela evolução muitas vezes, sem nenhum ancestral único. O vôo evoluiu pelo menos quatro vezes em animais separados: insetos, pterossauros, pássaros e morcegos. O vôo livre evoluiu em muitas outras ocasiões. Normalmente, o desenvolvimento é para ajudar os animais do dossel a irem de árvore em árvore, embora existam outras possibilidades. O vôo livre, em particular, evoluiu entre os animais da floresta tropical, especialmente nas florestas tropicais da Ásia (mais especialmente em Bornéu), onde as árvores são altas e muito espaçadas. Várias espécies de animais aquáticos e alguns anfíbios e répteis também evoluíram para adquirir essa habilidade de vôo planado, normalmente como um meio de escapar de predadores.


A mudança climática tem impacto de longo prazo na adaptabilidade das espécies

Uma marmota alpina. Crédito da imagem: Carole e Denis Favre-Bonvin

Eventos históricos de mudanças climáticas podem ter um impacto duradouro na diversidade genética de uma espécie, revela um novo estudo publicado em Biologia Atual. Esta descoberta inesperada surgiu de uma análise do genoma da marmota alpina.

Um animal icônico conhecido por turistas e montanhistas, a marmota alpina é um grande roedor primorosamente adaptado a climas frios. Desde o desaparecimento de seu habitat da era do gelo, a marmota alpina residiu em prados de grande altitude nos Alpes.

Neste novo estudo co-liderado pelo Instituto Francis Crick, uma equipe internacional de cientistas sequenciou os genomas de marmotas alpinas que vivem em três locais nos Alpes franceses e italianos e descobriu que a diversidade genética do animal está entre as mais baixas dos mamíferos selvagens. Ao reconstruir o passado genético da marmota com a ajuda de registros fósseis, eles descobriram que ela perdeu sua diversidade genética durante a última era glacial como consequência de várias adaptações relacionadas ao clima.

"Não esperávamos que a diversidade genética das marmotas alpinas fosse tão baixa", disse Toni Gossmann, primeira autora do artigo e pesquisadora da Universidade de Sheffield e da Universidade de Bielefeld, na Alemanha. "Eles têm uma população grande e encontramos poucas evidências genéticas de endogamia. Mas, ironicamente, as próprias adaptações que os ajudaram a sobreviver os aprisionaram em um estado de baixa diversidade genética."

Um metabolismo lento era vantajoso para as marmotas durante a era do gelo, permitindo-lhes acumular grandes reservas de gordura que poderiam ajudá-las a sobreviver durante a hibernação. Da mesma forma, as marmotas que investiram em um pequeno número de descendentes de 'alta qualidade', em vez de terem muitos descendentes que não sobreviveriam às condições adversas, passaram seus genes para a próxima geração. Com o tempo, um ciclo de reprodução mais lento e uma taxa de mutação mais baixa fizeram com que o pool genético diminuísse.

Quando a era do gelo terminou há cerca de 12.000 anos, os animais foram forçados a recuar para os altos Alpes para escapar do clima quente. Isso levou a um "efeito gargalo" e significou que as marmotas sobreviventes eram ainda mais geneticamente semelhantes. Surpreendentemente, eles não se recuperaram desse gargalo com o tempo.

Mesmo que as marmotas alpinas sejam abundantes em número, serem geneticamente semelhantes entre si significa que elas podem lutar para se adaptar e sobreviver a novas condições ambientais, como a introdução de uma nova doença ou mudanças adicionais no clima.

"Se a variação genética é importante para a adaptação futura, então não é suficiente considerar o tamanho da população atual, você precisa considerar a história de vida para obter o quadro completo", diz John Welch, professor de Genética na Universidade de Cambridge e coautor do estudo.

Markus Ralser, líder do grupo sênior de Crick e chefe do Charité Institute of Biochemistry, que liderou o estudo, acrescenta: "Devemos levar os resultados do estudo a sério, pois podemos ver avisos semelhantes do passado. No século 19, o O pombo-passageiro era uma das aves terrestres mais abundantes no hemisfério norte, mas, apesar de seus números elevados, foi completamente exterminado em poucos anos. Uma grande população não está necessariamente a salvo da extinção devido às mudanças climáticas. "

O próximo passo da pesquisa seria investigar mais de perto outros animais que sobreviveram à idade do gelo. Isso poderia revelar outras espécies presas em um estado de baixa diversidade genética, que seriam mais vulneráveis ​​às mudanças climáticas e outras mudanças ambientais.


Respostas e Respostas

Você verificou o servidor de relatórios técnicos da NASA?

Se este é um projeto de último ano escolar, você está muito sobrecarregado, eu acho. Existem muitos problemas com voos de alta altitude e alta resistência.

Primeiro, não há ar lá em cima. A densidade é extremamente baixa. Os motores típicos que funcionam bem ao nível do mar ou mesmo 20-50k pés não têm nada contra o que empurrar naquela altitude. Então, sim, a propulsão é super difícil.

Aerodinamicamente, você tem uma mudança em que as forças viscosas se tornam uma preocupação muito maior.
[tex] Re = frac < nu> [/ tex]
[tex] nu = frac < mu> < rho> [/ tex]

Meu projeto sênior foi uma rampa de madeira com um buraco. Se você está indo pela rota do UAV, eu ficaria a uma altitude razoável. Os problemas que você terá serão infinitos.

Muito bom conselho. Acho que vou continuar com o tópico de resistência, e ter um UAV que possa girar em uma altitude razoável por um longo período, pois depois de ler o que você disse e um pouco mais de pesquisa, posso ver que os melhores cérebros em algumas das principais empresas que gastaram milhões estão tendo problemas.

Estou mais interessado em grandes altitudes, mas agora apenas do ponto de vista teórico e resumidamente apenas como um complemento para novas melhorias.

Eu olhei os designs dos projetos atuais da NASA e Zephr, e eles parecem estar usando adereços em vez de um design de ventilador de duto.

Achei um pouco fora do link de relatório da NASA, tem cálculos para usar adereços em grandes altitudes, porém, não fala sobre os extremos em que estão atualmente, acho que isso é para manter a vantagem competitiva sobre o Zephr?

Usar um motor elétrico com um adereço parece estar em uso em ambas as plataformas.

Estou supondo que, se houver pouco ar, a hélice não será capaz de puxar a fuselagem em alta velocidade, portanto, precisava de um projeto de baixa velocidade de estol? O Zephy faz cerca de 19km / h, o que é muito lento.

Se a 130k pés uma aeronave faz 19 km / h, qual seria a velocidade relativa de solo?

Você está planejando construir isso ou apenas escrever um artigo de design? Acho que o design preliminar desse sistema é difícil o suficiente para um projeto sênior. Em grandes altitudes, o vôo em baixa velocidade será difícil de conseguir devido à falta de ar. Um a / c precisa de muita velocidade nessas altitudes para capturar ar suficiente para que o sistema de propulsão opere e as superfícies de levantamento sejam eficazes.

A velocidade do solo depende da velocidade do vento. Sem velocidade do vento, a velocidade no ar verdadeira é igual à velocidade no solo.

Terei que construí-lo, então acho que vou ficar em baixas altitudes, posso expandi-lo para grandes altitudes no meu projeto de mestrado.

Não terei a chance de ver o Pathfinder voar enquanto moro do outro lado do lago.

Tenho alguns vídeos dele e é muito lento.

Onde posso encontrar a densidade do ar nessas altitudes?

No mínimo, gostaria de fazer alguns cálculos para mostrar que este projeto não é viável para o nível de estudos.

Pergunta estúpida, mas há vento nessas altitudes em torno de 100k +?

Em caso afirmativo, poderia usar o vento de cauda para ajudar a manter a aeronave a manter velocidade suficiente para levantar as asas?


Existe um limite de quão alto os pássaros podem voar? Qual é o fator determinante?

Estudo muito interessante. Uma coisa muito interessante sobre essas aves é que seus pulmões não funcionam como os nossos, com repetição repetitiva de inspiração-expiração. O ar realmente flui pelos pulmões em um fluxo mais contínuo.

Aqui está um infográfico para ajudar os outros a imaginá-lo. Basicamente, as aves precisam inspirar e expirar duas vezes para movimentar totalmente o ar pelo sistema respiratório.

Isso significa que eles não expiram?

Por que então você pode ver muitos tóraxes de pássaros se movendo em padrões de respiração humanos?

O limite de altitude é baseado no conteúdo de oxigênio. Em um determinado ponto, o pássaro desmaiará ou, pelo menos, não terá oxigênio suficiente para impulsionar seu vôo. O recorde de altitude é o ganso com cabeça de barra, que pode passar pela cordilheira do Himalaia invocando um estado de coma.

Na verdade, o pássaro que voa mais alto é o abutre Ruppell & # x27s. Tem uma altitude confirmada quase 10k pés mais alta (37.000 pés / 11.300 metros)

[Sério] Então, se um pássaro tivesse algum tipo de tanque de oxigênio, ele poderia voar para o espaço?

As pessoas têm comentado sobre as capacidades de oxigênio e pulmão, mas permitem que você dê uma perspectiva piloto.

Ambos sabemos que o ar fica menos denso com a altitude. Isso tem um efeito interessante na potência necessária, eficiência e durabilidade de uma aeronave. Isso não vai responder à sua pergunta, mas, como eu disse, perspectiva.

Considere o perfil de arrasto de uma aeronave. existem dois componentes. Há arrasto de perfil (que é gerado principalmente pela forma, superfície e superfícies conectadas) e o arrasto induzido (que é criado como resultado da geração de sustentação)

O arrasto da forma aumenta no quadrado da velocidade. Velocidade dupla, arrasto de forma quádrupla.

O arrasto induzido é o inverso. Velocidade dupla, arrasto reduzido para um quarto.

Essas duas arrastadas se juntam para formar uma resistência total, e você tem uma curva de resistência parecida com esta.

notou como temos melhor resistência e melhor alcance? bem que & # x27s calculado para indicado velocidade do ar. que é 0,5 * densidade do ar * V 2 - o que isso significa é que conforme você sobe, o gráfico parece exatamente o mesmo, exceto se você alterar o eixo inferior de indicado velocidade do ar para real (verdadeira) velocidade no ar, todas as velocidades começam a aumentar (a densidade do ar diminui, então a velocidade tem que aumentar para manter a mesma velocidade no ar indicada, a medida que determina o desempenho aerodinâmico, pelo menos nessas velocidades).

Os aviões de passageiros tiram vantagem disso, para uma determinada quantidade de arrasto (portanto, uso de combustível por distância), eles podem ir mais rápido se em ar menos denso.

ok, então considere a resistência. Resistência é basicamente "com uma determinada quantidade de energia, por quanto tempo posso ficar no ar". Como você pode ver no gráfico, você quer que ele esteja na parte inferior ... arrasto mínimo, impulso mínimo para ultrapassar o arrasto, configuração de potência mínima, uso mínimo de energia.

Mas em diminuir velocidades, para a mesma quantidade de empuxo (que é o que supera o arrasto) requer menos consumo de energia. pense em andar de bicicleta. Se você empurrar os pedais com a mesma força, mas fazendo isso mais devagar (marcha mais alta), você drena muito mais devagar. Mesmo com a aeronave - empurre a aeronave com o mesmo arrasto, mas mais lento = mais resistência. oposto em grande altitude - mesmo arrasto, velocidade mais rápida, mais uso de energia. Assim, os pássaros gastam sua energia muito mais rápido apenas para permanecer no ar, pois são governados por princípios aerodinâmicos muito semelhantes. Sem mencionar que o baixo nível de oxigênio torna menos energia disponível.


Bem, a razão, Dennis, é se você pensar sobre isso, a distância entre a Terra e o Sol é muito longa. São cerca de cem milhões de milhas. E, portanto, a distância entre a superfície da Terra e o topo do Everest a 29.000 pés é uma pequena fração da distância total ao Sol: no grande esquema das coisas, é uma mudança trivial na distância real. Portanto, não é por isso que a temperatura muda e, portanto, também por que não está mais quente.

A razão pela qual está realmente mais frio é porque, conforme você sobe na atmosfera, a atmosfera da Terra sente menos pressão quanto mais alto você sobe. Assim, à medida que o gás na atmosfera sobe, ele sente menos pressão, o que o faz se expandir. Quando o gás se expande, ele faz algum trabalho. E se está funcionando, deve estar perdendo alguma energia e se perder energia, sua temperatura deve cair porque definimos temperatura como a energia média das partículas. Portanto, se a energia das partículas é menor, a temperatura deve ser menor.

É por isso que, em altitude, a temperatura parece cair. No espaço, fora da atmosfera da Terra, se você estiver de frente para o Sol, você pode realmente fritar. É por isso que os trajes espaciais são especialmente projetados para evitar que as pessoas fiquem muito quentes nos trechos ensolarados, mas também evita que fiquem muito frios nos trechos não ensolarados.


Existe algo que torna as moscas mais lentas em grandes altitudes? - Biologia

O efeito da alta altitude e centro de gravidade
sobre as características de manuseio de aviões comerciais de asa varrida


O centro de gravidade (CG) e a altitude afetam significativamente a estabilidade longitudinal de um avião. Uma compreensão das características de manuseio em várias posições e altitudes do CG permite que as tripulações de vôo usem entradas de controle adequadas ao voar manualmente em todo o envelope de vôo.

Além de rápidos, silenciosos e confortáveis, os aviões comerciais modernos também são aerodinamicamente eficientes. Por exemplo, todos os modelos de transporte da Boeing usam varredura de asa para minimizar o arrasto de cruzeiro em alta velocidade. Isso permite que os aviões cruzem com números de Mach mais altos antes de atingir o número de Mach crítico, no qual as ondas de choque começam a se formar na asa e o arrasto aumenta significativamente.

Com a introdução dos computadores no projeto de controle de vôo de aviões, outras melhorias aerodinâmicas são possíveis. No entanto, como essas melhorias podem afetar a estabilidade do avião, as tripulações de vôo devem estar cientes de como o CG e a altitude afetam o desempenho e as características de manuseio dos aviões que voam. Isso requer uma compreensão dos seguintes conceitos-chave:

1. Estabilidade estática longitudinal positiva e relaxada.
2. Computadores de controle de vôo e aumento de estabilidade.
3. Estabilidade de manobra.

1 Estabilidade estática longitudinal positiva e relaxada
Em vôo, as asas de um avião convencional geram um momento de inclinação do nariz para baixo. Para equilibrar isso, um download é necessário na cauda. Aviões carregados com um CG à frente da popa requerem menos download na cauda.

Como o download na cauda é a sustentação negativa, aumentando efetivamente o peso do avião, a localização do CG afeta o desempenho de cruzeiro de qualquer avião. Voar em um CG de popa reduzirá o download na cauda e melhorará o desempenho do cruzeiro.

Quando os aviões são operados perto do limite posterior do CG, o download na cauda é minimizado e os ângulos de ataque e arrasto são reduzidos. No entanto, mover o CG para trás reduz a estabilidade estática longitudinal do avião, algo que todas as tripulações de vôo devem estar cientes (veja a figura 1 e "Estabilidade Longitudinal Estática e Estabilidade de Velocidade" abaixo).

Como a velocidade no ar varia de uma condição ajustada, a força da coluna necessária para manter uma nova velocidade (sem recortar) é uma medida de estabilidade longitudinal estática. Para qualquer avião convencional, a localização do CG tem a maior influência na estabilidade longitudinal estática. Para um avião estaticamente estável, a força de coluna necessária, como a velocidade varia da condição compensada, é menor em um CG de popa do que em um CG de frente. O gradiente médio mínimo permitido pela Administração Federal de Aviação dos EUA FAR Parte 25 é de uma libra para cada seis nós. Conforme o CG se move para trás, ele atinge um ponto em que a força do stick por nó cai para zero e, em seguida, reverte. Este local é denominado ponto neutro. A diferença entre a localização real do CG e o ponto neutro é chamada de margem estática. Com um CG à frente do ponto neutro, um avião tem uma margem estática positiva e uma estabilidade longitudinal estática positiva. Em um CG à ré do ponto neutro, um avião tem uma margem estática negativa, é estaticamente instável e requer alguma forma de aumento para voar com uma carga de trabalho aceitável.

2 Computadores de controle de vôo e aumento da estabilidade
A tendência no projeto de aviões modernos é ter menos estabilidade longitudinal estática - freqüentemente referida como estabilidade estática relaxada (RSS) - para capturar o benefício de maior eficiência de combustível. Em termos simples, alguns aviões agora são projetados para serem aerodinamicamente eficientes e a estabilidade é aumentada eletronicamente para que os gradientes de força do stick atendam aos requisitos de certificação. Existem muitos métodos para aumentar a estabilidade. Por exemplo, o Boeing 777 e o MD-11 usam computadores de controle de vôo que ajustam as posições do atuador do elevador para dar a aparência de mais estabilidade longitudinal do que o avião realmente tem. Em outras palavras, os computadores absorvem a carga de trabalho extra causada por voar com RSS.

A estabilidade aumentada fornece melhor desempenho de cruzeiro sem aumento na carga de trabalho e sem efeitos adversos de voar em um CG de popa. Essa tecnologia também permite um tamanho de cauda menor, o que reduz ainda mais o arrasto e o peso. No entanto, o FAR Parte 25 requer que as qualidades de manuseio permaneçam adequadas para um vôo seguro e contínuo e pouso após uma falha do sistema de aumento. Portanto, existe um limite prático para a distância que o CG pode ir à ré.

O Boeing 777 usa computadores de controle de vôo digital redundantes para fornecer estabilidade positiva (longitudinal estática) e melhora essa estabilidade com feedback de velocidade no ar. O MD-11 usa computadores para fornecer estabilidade de velocidade neutra. Em outras palavras, o CG do MD-11 parece estar no ponto neutro. O MD-11 usa a deflexão do profundor para manter a atitude em qualquer velocidade dentro do envelope de vôo normal e, em seguida, compensa o estabilizador. Isso é conhecido como um sistema de "retenção de atitude".

3 Estabilidade de manobra
A estabilidade de manobra, assim como a estabilidade estática, é influenciada pela localização do CG. No entanto, quando o CG está à ré e perto do ponto neutro, a altitude também tem um efeito significativo. Visto que a densidade do ar tem um impacto notável no momento de amortecimento da cauda horizontal, taxas de inclinação mais altas resultarão nas mesmas deflexões de profundor à medida que a altitude aumenta. Da perspectiva da tripulação de vôo, conforme a altitude aumenta, uma força de tração resultará em uma mudança maior no ângulo de inclinação, que se traduz em um ângulo de ataque crescente e g. Embora um sistema de controle de vôo bem projetado, seja mecânico ou eletrônico, reduza a variação da força do stick com CG e altitude, é muito difícil eliminar completamente a variação devido às limitações do projeto.

Por exemplo, para o mesmo movimento de superfície de controle em velocidade no ar constante, um avião a 35.000 pés (10.670 m) experimenta uma taxa de inclinação mais alta do que um avião a 5.000 pés (1.524 m) porque há menos amortecimento aerodinâmico. A taxa de inclinação é maior, mas a mudança resultante na trajetória de vôo não. Portanto, a mudança no ângulo de ataque é maior, criando mais sustentação e mais g. Se o sistema de controle for projetado para fornecer uma razão fixa da força da coluna de controle para a deflexão do elevador, será necessária menos força da coluna para gerar o mesmo g conforme a altitude aumenta.

Este princípio é a essência das características de manuseio em alta altitude para aviões RSS. A menos que um avião RSS tenha um sistema de aumento para compensar sua estabilidade de manobra, forças de coluna mais leves são necessárias para manobrar em altitude. A manobra longitudinal requer uma taxa de pitch, e a atmosfera fornece um amortecimento da taxa de pitch. Conforme a densidade do ar diminui, o amortecimento da taxa de inclinação diminui, resultando em estabilidade de manobra diminuída (consulte a figura 2 e "Estabilidade de manobra" abaixo).

Um efeito adicional é que, para uma determinada mudança de atitude, a mudança na razão de subida é proporcional à velocidade no ar real. Assim, para uma mudança de atitude para 500 pés por minuto (fpm) a 290 nós da velocidade do ar indicada (kias) ao nível do mar, a mesma mudança de atitude a 290 kias (490 nós de velocidade real do ar) a 35.000 pés seria quase 900 fpm . Essa característica é essencialmente verdadeira para pequenas mudanças de atitude, como o tipo usado para manter a altitude. É também por isso que entradas de controle suaves e pequenas são necessárias em grandes altitudes, particularmente ao desconectar o piloto automático.

Resumo
O uso de varredura de asa e aumento de estabilidade em aviões comerciais modernos os torna mais eficientes em termos de combustível. No entanto, as tripulações de vôo devem compreender os efeitos do CG e da altitude no desempenho e nas qualidades de manuseio. Por exemplo, operar em um CG a ré melhora o desempenho de cruzeiro, mas mover o CG a ré reduz a estabilidade longitudinal estática e a estabilidade de manobra. Muitos aviões comerciais modernos empregam alguma forma de aumento de estabilidade para compensar a estabilidade relaxada. No entanto, enquanto o CG estiver na faixa permitida, as qualidades de manuseio serão adequadas com ou sem aumento. Uma compreensão da estabilidade longitudinal estática e de manobra é um elemento essencial do treinamento da tripulação de vôo.

Figura 1:
Estabilidade Longitudinal Estática e Estabilidade de Velocidade

A Figura 1 é um gráfico de estabilidade de velocidade, que é a maneira pela qual a estabilidade longitudinal estática é demonstrada em vôo. Ele mede a relação entre a velocidade do ar e a força de controle longitudinal. Em termos simples, a estabilidade da velocidade é uma medida da força de controle necessária para manter o avião em uma velocidade diferente da velocidade do ar compensada, com os aceleradores fixados na configuração de empuxo compensado. Os aviões com estabilidade longitudinal estática positiva requerem uma força de tração para manter a velocidade abaixo da velocidade compensada e uma força de tração para manter uma velocidade acima da velocidade compensada. Para aviões convencionais (aqueles sem aumento de estabilidade), este é um requisito de projeto dos Regulamentos da Administração Federal de Aviação dos EUA (FAR) Parte 25. No entanto, em um avião instável - um com estabilidade longitudinal estática negativa - se o avião estiver em equilíbrio e a tripulação de voo aplica uma força de tração, o avião inicialmente se inclina para cima e para baixo, mas a taxa de inclinação rapidamente se torna grande o suficiente para exigir um relaxamento da tração e, eventualmente, uma força de tração, para manter uma velocidade constante abaixo da inicial velocidade de compensação. O inverso é verdadeiro quando a tripulação de vôo tenta acelerar o avião a partir do estado compensado. Esta difícil tarefa pode ser realizada sem aumentar a carga de trabalho da tripulação, usando computadores de controle de vôo eletrônico para aumentar a estabilidade.

Estabilidade longitudinal estática e estabilidade de velocidade
ESTABILIDADE LONGITUDINAL ESTÁTICA
A estabilidade longitudinal estática é uma medida da tendência de um avião em manter seu ângulo de ataque compensado em um vôo de 1 g. Mais estritamente falando, é uma medida da resposta de inclinação inicial de um avião a uma perturbação no ângulo de ataque. Após uma perturbação, um avião estaticamente estável tende a retornar ao ângulo de ataque para o qual foi compensado. Por outro lado, um avião estaticamente instável tende a se afastar do ângulo de ataque compensado após uma perturbação. O termo "estabilidade longitudinal estática" é o nome do coeficiente de estabilidade (Cm-alfa) para o momento de lançamento devido a uma mudança no ângulo de ataque. Em um avião convencional estável, o CG está à frente do ponto neutro do avião (asa mais cauda). Um aumento no ângulo de ataque do compensador aumenta a quantidade de sustentação gerada pela asa e resulta em um aumento do momento de inclinação para baixo. Isso leva o avião de volta ao seu ângulo de ataque original. Se o CG estiver atrás do ponto neutro, aumentar o ângulo de ataque fará com que o avião se incline para cima, para longe de sua condição original de compensação.

ESTABILIDADE DE VELOCIDADE
Na prática, o teste de vôo para certificação de estabilidade longitudinal estática pela Administração Federal de Aviação dos EUA mede a estabilidade de velocidade, um parâmetro equivalente a Cm-alpha. Em termos simples, a estabilidade da velocidade é uma medida da força de controle necessária para manter o avião em uma velocidade diferente da velocidade compensada. Os aceleradores são fixados na configuração de empuxo compensado para eliminar as mudanças no momento de lançamento devido ao empuxo. A estabilidade da velocidade é medida ajustando o avião em vôo nivelado, com os aceleradores fixos na condição compensada e, em seguida, variando lentamente a velocidade no ar com a entrada da coluna de controle.

A Figura 2 mostra um gráfico da força da coluna de controle em relação à aceleração normal de um avião estável. Ele não representa os dados de nenhum avião específico, mas reflete as características típicas de estabilidade de manobra de um avião convencional não aumentado. O eixo esquerdo exibe os valores de força da coluna do elevador que aumentam na direção para cima, enquanto o eixo inferior exibe os valores de aceleração normal (g) que aumentam na direção certa. Quanto mais baixo for o declive, menor será a estabilidade de manobra. O canto inferior esquerdo do gráfico mostra que uma certa quantidade de força deve ser aplicada antes que o avião comece a se mover de um vôo de 1 g. Chamada de atrito e desagregação, essa situação resulta da necessidade de superar o atrito estático da coluna de controle e a mola de centralização do sistema de toque. O gráfico torna óbvio que a localização do CG e seu efeito na estabilidade longitudinal estática positiva influenciam a estabilidade de manobra. A estabilidade de manobra, ou força do stick por g, é maior em um CG para a frente, independentemente da altitude. Em outras palavras, em qualquer altitude, a força do stick por g é maior quando o CG está à frente do que quando o CG está mais atrás. Isso tem consequências significativas para manobras de curvas acentuadas. Por exemplo, para realizar uma curva nivelada a 60 graus de inclinação, são necessários 2 g em qualquer avião. Embora o gráfico mostre que o avião ainda é mais estável em um CG à frente do que em um CG de popa, ele também mostra que a altitude afeta muito a força necessária para puxar os mesmos 2 g em qualquer localização do CG. Este gráfico demonstra graficamente que manobrar em alta altitude requer menos força de coluna do que em baixa altitude.

ESTABILIDADE DE MANOBRA
A estabilidade de manobra está relacionada à estabilidade longitudinal estática. É uma medida das tendências de estabilidade longitudinal do avião em outro vôo que não 1 g, e é responsável pelos efeitos do amortecimento aerodinâmico da taxa de pitch durante as manobras, como na recuperação de uma alteração de pitch.

É necessária uma força de coluna para manobrar longitudinalmente. Para a maioria dos aviões, a estabilidade estática tenta manter o avião em vôo de 1 g no ângulo de ataque compensado. A força da coluna gera um momento de pitching através dos elevadores, ou estabilizador em alguns aviões, que eventualmente é equilibrado pelo momento de amortecimento criado pela cauda horizontal e o momento devido à mudança do ângulo de ataque. Nesse ponto, se a força for mantida e houver empuxo suficiente para manter a velocidade no ar, o avião se estabiliza em um novo ângulo de ataque, com mudanças correspondentes na sustentação e g. Como os momentos de lançamento agora estão equilibrados, o piloto deve manter a força da coluna. Se a força da coluna for liberada, o momento de pitching devido ao profundor ou estabilizador vai para zero, e os momentos devido à taxa de pitch e ângulo de ataque levam a taxa de pitch para zero, e o avião retorna a 1 g de vôo. Esta descrição de voo de manobra indica que a estabilidade de manobra para uma determinada configuração se manifesta para a tripulação de voo como a força de coluna necessária para manter um certo nível de g. Isso é comumente chamado de "força do stick por g".


6 Respostas 6

Aqui está uma construção geométrica para apoiar a resposta de @uhoh. Comece com um satélite em órbita sobre a Terra (raio $ R $) na altura $ h $.

O círculo interno é a superfície, o externo é a órbita. Cada cunha azul é varrida em tempo igual pelo satélite. Cada cunha de ouro mostra o quão longe você, um observador na superfície, a vê se mover ao mesmo tempo. Aumentando um pouco:

O satélite no horizonte tem uma cunha muito mais estreita do que a aérea. Isso significa que ele se move mais lentamente. Isso acontece por dois motivos: está mais longe e o caminho não é perpendicular à sua visão.

Podemos tornar isso mais exato chamando o ângulo central (azul) varrido na unidade de tempo $ Delta theta $ e o ângulo observado (ouro) $ Delta phi $.

No horizonte, você deve levar em consideração a distância até a órbita, que chamaremos de $ D $, e o ângulo relativo $ theta $:

Isso pode ficar complicado rapidamente, mas observe que $ sin < theta> $ é $ D / (R + h) $. Então, isso simplifica muito para:

Portanto, a sobrecarga de um satélite, sem levar em conta coisas como ilusões de ótica ou refração atmosférica, parece estar indo um fator $ (R + h) / h $ mais rápido do que um no horizonte. Para um satélite a 600 km, é um fator de 11 ainda mais se for uma órbita mais baixa.

Eles estão se movendo principalmente para perto ou para longe de mim em um ângulo de incidência quase zero (mesmo a 20 mil quilômetros ou 30 mil quilômetros acima)?

Principalmente nisso eu acredito. Mas sua distância está fora. Isto é muito difícil ver satélites de grande altitude a olho nu. A maioria dos que você pode ver está na órbita baixa da Terra, entre 400 e 1000 km de altitude.

tldr: olhando para satélites entre 300 e 1000 km de altitude que passam por cima, eles definitivamente se movem mais rápido quando sobrevoados e mais lentos. No zênite, eles se movem 1,4 e 0,4 graus por segundo, respectivamente, e caem um fator de 10 na taxa ou mais conforme se aproximam do horizonte.

O interessante é que a coisa que se move mais rápido desacelera o mais rápido, mas isso só porque se aproxima do horizonte mais rápido.

OK, não consigo resistir a deixar uma resposta "eu também".

A única equação que conheço é a vis-viva

onde o parâmetro gravitacional padrão $ GM_E $ ou $ mu $ para a Terra é cerca de 3,986E + 14 m ^ 3 / s ^ 2 (um dos poucos números que conheço) e $ a $ é o semi-eixo maior.

Para uma órbita circular $ r = a $ e torna-se apenas:

e a velocidade é apenas a circunferência dividida pelo período $ T $:

Faça o quadrado e defina-o igual ao anterior, e você terá:

e se você definir a taxa angular de rotação como $ omega = 2 pi / T $, isso se torna

Se eu sentar na Terra em $ mathbf<>> = R mathbf < hat> $ e observe um satélite a uma altitude $ h $ tal que seu raio orbital seja $ R + h $, sua posição será

$ mathbf<>> = (R + h) left ( mathbf < hat> cos ( omega t) + mathbf < hat> sin ( omega t) right) $

e o ângulo entre o satélite e o zênite, assumindo que ele passa pelo zênite, será apenas

I'll switch to Python, most if it is just making the plots:

The satellites you see moving are only at 200km-500km altitude, typically. The slower movement you perceive at the horizon is partly due to the moon illusion described by fred_dot_u and partly due to foreshortening.

Communications satellites at 35000km altitude are geosynchronous they don't move appreciably relative to an Earth-bound observer.

I'd like to see any relevant equations to back this up, but I suspect that the answer is more one of perception than of mathematics.

I recently viewed a video on YouTube that suggests the interpretation of size and by extrapolation, of movement and speed, is dependent upon other items within view.

The linked video is of the Sydney Opera House, recorded first from directly at the window, with no items in view that are close to the viewer/camera. The famous building appears "normal" sized, as there is no real reference, other than adjacent buildings, roads, etc.

As the camera operator steps away from the window, the frame of the window appears. This provides to the viewer a new reference, which happens to be closer to the opera house than other references. The opera house does not change size in the real world, obviously, but it appears to be much larger in the camera frame.

I've experienced this phenomenon with low altitude moons as well as high altitude moons. Near the horizon, the moon appears large, because there are trees and buildings as a reference, yet above my head, the moon is a tinier circle, subjectively.

I suggest that this phenomenon applies to moving orbital objects. I've observed the International Space Station when it is visible in my area and have noted just as the question is described. Movement seems slow at the first part of the appearance, then it picks up speed and dashes across the sky, slowing near the end as it approaches the opposite horizon.

Once my head is tilted back enough to lose view of the horizon perpendicular to the travel of the ISS, the reference is lost.

For an experiment, using a single satellite, consider to cut a rectangle from a stiff material. Use the frame and a stop watch to time the transit from one point on the frame to the other, when near the low part of the transit, then perform the same test when the satellite is near zenith.


High Flying Geese

Photo Credit: Lip Kee [CC BY-SA 2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], via Wikimedia Commons

The world&rsquos champion high-altitude migratory bird uses a unique &ldquoroller-coaster&rdquo flight strategy to save energy.

Transcript

How geese fly high. I&rsquom Bob Hirshon and this is Science Update.

Bar-headed geese migrate across the Himalayas twice a year. To find out how they accomplish this high-altitude journey, University of Bangor biologist Charles Bishop and his team outfitted the birds with heart rate monitors and accelerometers.

Bishop
The problem with flying high is that the air has become less dense and it&rsquos becoming more and more difficult to fly. If they were to go up and just fly along at that level, they&rsquore spending an awful lot of time at a very difficult, high-energy flight. What we actually discovered was that instead, these birds are regularly going up and then down again, and up and then down again, within the same flight. And we called this the roller coaster strategy, and this was kind of unexpected.

Bishop&rsquos team reports in the journal Science that even factoring in the costs of climbing back up again, this flight strategy saves the birds energy overall. I&rsquom Bob Hirshon, for AAAS, the science society.

Making Sense of the Research

The bar-headed goose, a pale grey bird with an orange beak and legs and two striking black bars on its head, lives in central Asia. Living as it does in an area that includes three very high mountain ranges, the bar-headed goose is widely believed to make the highest altitude migration on earth.

At high elevations, the atmosphere has less oxygen and the thin air provides less lift to aid bird flight. So, how does the bar-headed goose accomplish this difficult migration? That&rsquos what Charles Bishop and his team of researchers are trying to find out.

&ldquoWe wanted to know how high they flew, what were their flight paths and strategy with respect to the weather conditions, how difficult did they find these journeys, and how much energy did it require,&rdquo says Charles Bishop, a zoologist at Bangor University in the United Kingdom.

The old assumption was that bar-headed geese would fly to high altitudes relatively easily and then remain there during their flights, possibly benefitting from a tailwind. But by tracking a flock of bar-headed geese from Mongolia to India, researchers found that the birds descend to a lower altitude before flying to new heights. Their study, published in Science 16th January 2015, shows that the geese perform a sort of roller coaster ride through the mountains, essentially tracking the underlying terrain even if this means repeatedly giving up altitude only to have to regain it later.

How does this up and down flying strategy help the birds? Flying at progressively higher altitudes is very difficult as the decreasing air density reduces the bird's ability to produce the lift and thrust required to maintain flight. The birds also face the problem of reduced oxygen availability as the atmospheric pressure and oxygen levels drop in the higher elevations.

Professor Pat Butler from the University of Birmingham said the geese would seek out the side of valleys in order to swerve higher&mdashin the way a roller coaster might swoop around a corner and upwards. The roller coaster pattern helps birds conserve energy as they migrate over the Himalayas.

&ldquoDuring these moments,&rdquo says Butler, &ldquoit seems likely that the bar-headed geese are flying on the windward side of a valley wall. This would give them the best opportunity of obtaining assistance from wind that is deflected upwards by the ground, providing additional rates of ascent with either a reduction in their energetic costs or at least no increase.&rdquo

How is this possible? "The physiology of bar-headed geese has evolved in a number of ways to extract oxygen from the thin air at high altitudes," said Dr. Graham Scott, another member of the study team. "As a result, they are able to accomplish something that is impossible for most other birds."

Now try and answer these questions:

  1. Why is flying at high altitudes more difficult than flying at low altitudes?
  2. What did the scientists do to track the birds&rsquo flight pattern?
  3. Before this research, how did scientists think that bar-headed geese were able to fly at such altitudes?
  4. Why is the strategy used by the birds described as a roller coaster maneuver?
  5. How does this strategy help the birds save energy for the strenuous flight?
  6. In addition to this unique flight strategy, what else helps the geese fly such long distances at high altitudes?

Read Feather Biology to learn more about how birds fly.

Check out the How Do Birds Fly animation to learn more about different techniques birds use for flight.

Indo além

In addition to the resources mentioned, you can extend the concepts in this lesson by helping your students explore the role that variation within a species plays in Feathers: The Evolution of a Natural Miracle.

To learn more about bird migratory patterns and the methods researchers use to study them, see Bird Populations.


30 investigation ideas for Biology IA

This page is a simple list of general biological ideas for investigations. It will be useful for students who are lost for an idea, or teachers who are looking for something to inspire a particular student.

Of course the ideas are just ideas, nothing is specified and all the details will need to be explored and evaluated by students during their investigations.

Testing the effectiveness of different types of toothpaste.

Toothpaste is labelled according to how natural or how chemical the contents are. This study could be an investigation of how effectively the toothpaste inhibits the growth of bacteria according to the scale of the chemicals in the toothbrush. A challenge is to work out the biological reasons behind you hypothesis, and it may be a good idea to branch away from toothpaste to test a specific chemical from the ingredients in the toothpaste.

Testing spoilage of milk in different conditions.

Lactobacilli reproduction and growth is the cause of milk spoilage. What effect do conditions, such as temperature, sunlight have on the rate of spoilage. This is a nice wet laboratory project and there are some simple ways to measure the growth of the bacteria but these can be fiddly to work out, and concentrations of bacteria used in inoculations will need working out.

Tomato online simulation photosynthesis lab (Leaf lab)

Using LeafLab - plant physiology/photosynthesis to test the effectiveness of different colours of light on the photosynthesis rate of tomato plants. The data collection using the online lab may be easy enough, but the challenge is going to be designing a meaningful experiment and collecting enough results to complete the analysis well.

Investigation of Age and reaction speed

This is an investigation to test a hypothesis that reaction time wll slow down with age. By testing people of different ages to see if there is a difference in their reaction time it may seem like a simple study, but there are a lot of factors which need to be controlled and it will be difficult to find enough participants to create a large enough data set. There are also many factors to consider in the type of reaction speed test that is used and there are also problems associated with the learning of the skill during the experiment.

Examining the relationship between cases of a disease and weather patterns.

This investigation tries to establish a pattern between the weather and the spread of a disease. Using nationally published data on epidemiology and weather data is certainly possible and it could happen that there are correlations between climate and some disease outbreaks this will need explaining in terms of the mechanisms of transmission of the specific disease. Some diseases spread through direct contact, others are transmitted by an insect vector.

Testing the accuracy of colour vision using online colour tests

There are some quite nice online tests of colour vision, and also many telephone apps. This investigation is Design an experiment to investigate a factor which affects the precision of colour vision, age, tiredness, gender, eye colour, etc. http://www.xrite.com/online-color-test-challenge.

Flowering stages of a plant at different altitudes

The climate is different at different altitudes and the growing season begins later at high altitude. This investigation relies on the recording of abiotic data and data about the stage of the flowering cycle using the number of flowers / fruit / buds etc in a single species at different altitudes up a mountain. Of course there will be other factors to consider, for example local feature of the habitat where the plants are growing and the aspect of the flowers' location, not to mention grazing and grass cutting.

The effect of river pollution on the presence of a single species

It is quite easy to record the number of individual plants / animals of a single species in a river at different distances above and below a possible source of pollution. If some abiotic factors can also be recorded including the pollution level, eg nitrate level, BOD, turbidity etc. then this could be a very good study.

The effects of antibiotics on the germination of seeds or the growth of plants -

This looks like an interesting topic of study. Many methods are possible, and there has been some very recent research suggesting that antibiotics can affect the growth of seeds and plants.
ref P.W. Brian and also Louis G. Nickell and Alexander C. Finlay in the Journal of agricultural and Food chemistry, 2015

Do plants grow faster in soil which has more microbial activity (respiration)

This investigation could be a nice way to combine two standard procedures, one to estimate the rate of respiration in the soil and another to estimate the rate of growth of a plant. Soil respiration can be measured using a CO2 probe and a data logger the same equipment could be used to measure the rate of photosynthesis, although growth (or photosynthesis) can be measured in other ways too. There are lots of practical problems to overcome, most importantly how to change the soil so that it has different amounts of respiration. One idea would be to make a series of soils using active compost and sand. it might even be possible to use mesocosms to perform this investigation as these would make it easier to control more of the other variables.

The effect of pets on the diversity of plants in a garden lawn.

This is a nice idea for an investigation into the number of species found in a garden in houses where there are pets and no pets. Ecological techniques and quadrat sampling could be used together with mapping of digging or scratching to establish whether the presence of a pet increases plant diversity or not. There are many possible variations, perhaps the presence of animal excrement could be the causal factor, otherwise some species may be more resistant to scratching and disturbance, caged animals can selectively graze on parts of a lawn, just to mention a few ideas.

The effect of temperature / light on the ripening of fruit, e.g. bananas, cherries, tomatoes.

The challenge is really how to control the temperature of the fruit (or the light) for a long period of time, perhaps 2 weeks. Another difficulty will be to devise a way to measure the extent of fruit ripening, or softness. Bananas lend themselves to this because their skin changes colour. Of course the underlying processes are controlled by enzymes, or the fruit ripening hormone ether.

What is the difference in the CO2 levels in exhaled air before and after exercise?

This investigation might sound simple at a first glance but there are many difficulties to overcome in terms of controlled variables and the method of measuring the CO2. This might involve the use of a data logger, or perhaps a titration using bromothymol blue. The release of CO2 by the body in the lungs is not simple either, factors to consider include the relative amounts of aerobic and anaerobic respiration, as well as the position of the muscles being exercised. Perhaps the muscles with a greater blood flow will cause a different effect to those in the bodies extremities, and what effect could warming up have on the process?

How does a specific abiotic factor affect biodiversity in a habitat?

This is nice project if there is a specific environmental gradient in the site being investigated. The use of a transect of transects will be useful for the sampling. The challenge is to explain why there might be a change using biology and then to test it using some type of ecological sampling. Ensuring that there is enough data will also be important as there are likely to be quite a few other factors which will need controlling or considering at least.

The effect of a short burst of exercise on blood pressure or two groups of people.

This is a simple experiment to carry out, but a difficult experiment to get good controlled data for. There needs to be some clear links to the biology of blood pressure and how exercise affects it. A clear RQ is essential and there are quite a few possibilities. Controlling factors which can affect blood pressure could be an investigation in itself! Of course the IB guidelines on experimentation needs to be followed and written consent sought for participants.

The effect of a warm up on the maximum heart rate (or maximum speed) achieved in a standard test

The role of a warm up in sport is clear. Athletes perform better if they warm up properly before an event. Is there an optimum intensity of warm up to achieve best performance? Can the max performance be measured best using max heart rate or maximum speed? These are just some of the questions which will need answering.

The effect of isotonic drinks on rehydration and recovery after exercise

The problem of this investigation is that it is difficult to measure rehydration or salinity. At the end of a long endurance event cramps and muscle fatigue will be evident but this is not possible to recreate in the lab in school. Perhaps some form of experiment using isotonic solutions on slightly dehydrated muscle tissue from a chicken leg, or liver would work. This would be a challenge and it would require some research before beginning. Avoid any investigation where you are getting friends to drink Gatorade and measuring some unrelated but easy to measure factor, like pulse rate.

The effect of different colours of light on the growth of seedlings

This is an interesting study and it links to the role of auxin as well as photosynthesis so there is theory to discuss. Practical procedures and controls will be the challenge, but data should be easy to record if the seedlings grow. Some preparation time will be required to germinate and plant the seeds.

The effect of salt on the germination of seeds.

This is an interesting topic of investigation which relates to osmosis and ecology. Some plants grow well in coastal soils with igh salt concentrations but others don't. The practical methods to germinate seeds and select appropriate salt concentrations will present definite challenges but this is an interesting study for students living near the coast, or in places where salt is applied to the roads in winter.

Examining the effect of plants on the solutes in the runoff from soils

While there is a considerable challenge in designing apparatus and growing plants the idea of using plants to filter the water in 'ecological' swimming pools is quite well established. There may be a combination of roles for plant roots and bacteria in the substrate and both of these link to the nitrogen cycle and so would allow for a detailed hypothesis and a focused research question.

Examining the glucose concentration in something

using potassium permanganate and heating, from a protocol from Science & plants for schools. This is an interesting quantitative method to estimate glucose concentration. It could be used in a wide range of labs. Lots of plant ideas in the questions and answers It is also possible to use this method to study glucose levels in ripening fruit, lactase activity in milk producing glucose or maltase activity in germinating seeds.

Examining a factor which affects vital capacity, or tidal capacity of the lungs.

The greatest challenge in this investigation is getting a large enough data set which takes into consideration enough of the factors which need to be controlled. Comparing boys and girls for example will be impossible, unless the sample size is very large. One possible solution is to measure another (or some other) factors about the body and look for a correlation. One nice idea might be to see if the growth in the lungs' vital capacity correlates better with the circumference of the skull or the length of the legs in children of different ages. Biological explanations could look at the way we grow, and if the brain changes size at the same rate as the lungs. It may even be possible to find a database of measurements of children of different ages. There are some ethical questions involved too, and parental consent will be essential for any experiments on children.

The effect of soil pH on the germination of seeds

This is a simple idea, but the explanation is more complex, and this might be the challenge of this particular investigation. Would soil pH effect the enzymes in the seed responsible for germination, is there another explanation? Controlling other factors which affect germination and collecting a large enough data set will also be good challenges for a Biology student to work out.

Investigation of the functioning of the eyes when using paper or different electronic screens

First is to ensure that there is some biology to explain any hypothesis, and that the RQ is firmly focused in the Biology. Then is is going to be a challenge to design a method of data collection which controls all the possible variables. Some independent variables will be easier to test than others, for example size of text and distance wt which it can be read, would be better than measuring reading speed which can be affected by many other variables.

Examining the effect of household cleaning products on the growth of house plants

This could be a difficult investigation to do quantitatively unless there was a longer time period available to observe growth. There could be some biology theory applied to the plants leaves, or roots. Processes such as diffusion and osmosis as well as the effect of chemicals on components of cell membranes, or on enzymes could be included in the theory. Some of the challenges of this type of investigation will be controlling other factors which affect the growth of plants. One option might be to test the chemicals on small aquatic plants, or germinating seedlings, but there are challenges to overcome here too.

Using published epidemiological data to examine a link between an illness and a specific factor.

Here the challenge is the exploration section. You have to show that the data has been carefully selected, and that measures have been taken to ensure that other factors which might affect the data have been controlled, by careful selection of the data used. Some assessment of the reliability of the sources will be needed and some discussion of ethics of using someone's data, with their consent, hopefully. The best investigations will have a biological reason why there might be a correlation between the IV and the DV. The data must be analysed by the student and tables / graphs etc. should include all the normal conventions of d.p. and uncertainties.

Investigation of the effects of natural selection related to colour markings of a single species of animal or plant

This is a great idea, but it could be complex and time consuming depending on the lab. There are some online simulations but these can only be used in conjunction with some other analysis never just present the online lab as an investigation on it's own. Other possibilities are paper simulations, e.g. with peppered moth types. Practical work could look at the density of aphids on leaves of different shades, or bumble bee feeding on flowers of different shapes or predator prey interactions etc. Lots of scope but not an easy investigation to complete in the time, in 12 pages.

Investigation into the effect of regular exercise on the increase in pulse rate after a short period of exercise.

This is a bit more complex than a simple pulse rate investigation, but the challenge to control variables is equally great. If a person exercises regularly they should have a better level of fitness, this might mean that their heart rate increases by less in the short burst of exercise than someone who does no regular exercise.

Investigation of the properties of photosynthetic pigments using different solvent mixes and rf values.

This investigation is a bit biochemical and the answer to simple research questions about the hydrophobic / hydrophyllic properties of photosynthetic pigments themselves would be a little bit obvious, so the challenge is to thing of a research question that could be answered by mixing petroleum ether (a nonpolar solvent) and propanone (a polar solvent) in different proportions and calculating retention factors. Some suggestions of research questions may be Is there a difference in the composition of photosynthetic pigments in the leaves of a plant found in the sun or the shade? Which pigments are made first in a growing leaf, or are all the pigments made at the same time? How does the shade of a leaf relate to the composition of photosynthetic pigments it contains?

Investigation of the behaviour of two groups of animals, or several groups of animals in a range of conditions.

This investigation is going to require a very precise research question and some careful methodology to ensure that the data collected can be used to answer the RQ. However it could be really interesting to compare simple behaviour in animals. Does the behaviour of an animal change as the population increases? Do individuals of different types all behave in the same way to a stimulus.

Investigation of SA:vol on the rate of diffusion

This is a standard lab and the challenge will be to ensure that it is put into an interesting biological context. Starting with a process which requires diffusion in living cells will help the topic to be interesting and will show some personal engagement. The analysis of the results and the design of the method is another place where PE can be demonstrated, try to take the standard lab and adapt it so show something which is not 'standard'.

Investigating the effect of sucrose concentration of the rate of respiration in yeast.

This is interesting because the higher concentrations will cause outward osmosis in the yeast and perhaps slow down respiration, or even kill the yeast. Lower concentrations will slow respiration because of a lack of substrate. The challenge will be in deciding which concentrations to test and in explaining the results.

The effect of exam conditions on a physiological feature of the body.

In this investigation a change in a physiological feature is explored. There are plenty of factors to control which makes this investigation difficult and if there isn't enough data or the controls are not in place this could lead to a low mark after much work. The choice of physiological features of the body could include heart rate, or pupil size, or skin redness. Measuring theses factors might be tricky and will involve some testing, although using a phone camera or a video camera could help. It is possible to establish a theoretical link between mild stress and adrenaline (epinephrine) which will affect features in the body including pupil size but it is not possible to directly measure the level of any hormones in the body. Remember any participants will need to give written consent before any experimenting, and the mild stress of exam conditions must be harmless.

Investigations to avoid !

Every year the examiners' report mentions problematic Investigations, those which are unethical, or standard labs which are not applied to any specific interest. The following examples are not unethical, but just not very good, because the data is rarely enough for a good analysis and difficult to control.

Investigation of the effect of music on the heart rate.

Don't do it! This sounds like an easy investigation but it is tricky because first there needs to be some biological reason why the heart should speed up in the presence of music and this is impossible to explain with IB Biology. Perhaps another research question will be better, something linked to hormones, or to physical activity. If you insist on trying this then be sure to cover the control of variables, there are a lot which can affect the heart. Perhaps one of these other variables will be a better variable to investigate instead of music. If you are still not dissuaded then be sure to collect enough data and try to be analytical, don't mix types of music and tempos of music and try to keep the investigation to some biological cause or effect. The IB advise student and teachers, each year, to avoid this sort of lab.

The effect of reading different genres of literature on blood pressure and pulse rate.

Avoid this type of investigation, . While it is an interesting idea, like the example above there are many factors to control in this investigation, which is an interesting modification of a standard lab looking at exercise. The difficulty begins with identifying the genres in a scientific way. The biological explanation of why blood pressure might change when reading may be tenuous. This could be compared to listening to music where research has been done to establish that pulse rate can be affected by music.

External Online Labs - Ideas and links

This is a list of possible sites for students to use as online labs.

Sometimes sites go ofline or change their address.

Pease comment on broken links and suggest alternative ideas in the comments.

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You can access these here https://sciencecourseware.org/BiologyLabsOnline/ (Thanks to Sarah Kelley for the link)

Lab bench fly breeding lab Breeding Drosophila, fruit flies

Natural selection - lab bench Which type of water fleas escape predators best?

Human benchmark lab - Quite a nice small set of tests, including reaction times


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