Ökophysik: Plaudereien über das Leben auf dem Land, im Wasser und in der Luft
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2006
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 262 S. Ill., graph. Darst. |
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Inhalt
Land. l
1 Leben und Umwelt auf dem Land.
1.1 Plumpheit ist der Preis für Größe. 3
Ein Gedankenversuch zu Belastung und Widerstandsfähigkeit 3
Geometrisches Wachstum bei winzigen Schleimpilzen. 4
Von Grashalmen und Fabrikschornsteinen. 5
Allometrisches Wachstum bei Bäumen. 7
Theoretische Ähnlichkeitsansätze. 8
Allometrie bei Knochen und bei Skeletten. 10
Vorschlag für eine fächerübergreifende Schulstunde. 14
1.2 Fortbewegung durch Springen. 16
Absprung, Sprung und Sprunglauf. 16
Springen der Springspinnen und Schnellkäfer. 18
Der Feldheuschreckensprung. 19
Der Flohsprung. 21
Sprunghöhe, Luftwiderstand und Tiergröße. 24
1.3 Gasaustausch und Wärmehaushalt. 25
Das Grundgesetz der Diffusion. 25
Gastransport im Blut. 28
Zur Höhenatmung des Menschen. 29
Effektives Zusammenspiel beim Gastransport im Blut. 31
Physikalische Prinzipien des Wärmetransfers. 32
Zum Wärmehaushalt des Menschen. 33
Oberflächen-Volumen-Verhältnis und Wärmeabgabe. 36
Fellisolation bei kleinen und großen Tieren. 37
Energieeinsparung durch
Das Oberflächengesetz und die kleinsten Säuger. 42
Die Dalton'sche Beziehung und die Wasserhomöostase. 44
1.4 Biologische Ähnlichkeit im Bereich
der Stoffwechselleistung. 48
Die Stoffwechselleistung als energetische Zentralgröße. 50
Absoluter und relativer Sauerstoffverbrauch und entsprechende
Stoffwechselleistung. 51
ХП
Biologische Treibstoffe und ihr Abbau. 51
Zur Massenabhängigkeit der Stoffwechselleistung. 55
Similaritätsüberlegungen und der Reduzierte Exponent. 56
Zur „mittleren Steigung" der Pm (mb)-Kennlinie. 58
Gullivers Reise und kleine und große Menschen. 59
Nochmals zur Stoffwechselleistung und
zur spezifischen Stoffwechselleistung. 62
Land-Wasser.65
2 Land und Wasser:
Unterschiedliche Kraftübertragungen. 67
2.1 Abstoßen und Reaktionskraft-Nutzung. 67
2.2 Impulsübertragung als Lokomotionsvoraussetzung
auf dem Land. 68
2.3 Impulsübertragung als Lokomotionsvoraussetzung
im Wasser. 70
2.4 Formierung von Wirbelringen und Wirbelstraßen. 73
Wirbelringe und Impulsübertragung. 73
Voraussetzung für gerichtete Kraftübertragung. 74
Gray's
Fortbewegung auf der Wasseroberfläche. 75
Wasser. 81
3 Leben und Umwelt im Wasser. 83
3.1 Ist Wasser für Lebewesen „nischenmäßig
strukturiert"?. 83
3.2 Wie schaffen es kleine Plankter, so langsam
abzusinken?. 85
Bedeutung eines langsamen Absinkens für
photosynthetisierende Plankter. 85
„Betrachten wir die Kuh als Kugel". 85
Die Formeln von Ostwald und
Der Sinkquotient. 90
Inhalt XIII
Die Reynoldszahl. 94
Kennlinien für die Sinkgeschwindigkeit. 95
Parameter der Sinkgeschwindigkeit. 97
Absinken: Ideal- und Realsituation. 99
3.3 Leben in Grenzschicht-Nischen strömender
Gewässer.100
Umströmung eines Steins im Bergbach.100
Die Grenzschicht und ihre Strömungsbedingungen.102
Grenzschichten am umströmten Stein.103
Strömungswiderstand, Widerstandsbeiwert und Reynoldszahl. 107
Vom Vorteil kleiner Aufwuchsorganismen.109
Grenzschichten: Ideal- und Realbedingungen.113
Wie lebt sich's „in der Grenzschicht"?.116
3.4 Fortbewegung und „Reynolds-Nischen".118
Die Reynoldszahl und das Verhältnis Trägheitskräfte/
Zähigkeitskräfte.118
Der astronomisch große Reynoldszahl-Bereich für Lebewesen 120
Widerstand und Auftrieb.122
Reynoldsabhängigkeit von Widerstand und Auftrieb und
kleine und große Forellen.126
Strömungsmechanische Kräfte an Profilen.130
Zunehmender Bedeutungsverlust von Profilierung und
Wölbung beim Übergang zu kleineren Reynoldszahlen.131
Wie die Wasserflöhe hüpfen.132
Etwas typisch Biologisches: Konvergente Formbildung.134
Auch das Wasser ist also „mechanisch strukturiert".135
Ökologische Nischen sind immer auch physikalische.136
Wasser-Luft.139
4 Wasser und Luft: Unterschiedliche
4.1 Unterschiedliche Kenngrößen,
die für die Ortsbewegung wichtig sind.141
4.2 Unterschiedliche bewegungsspezifische Probleme
und Lösungen.143
Effekte unterschiedlicher Dichten der Medien.143
Spezifische Effekte bei kleineren und ganz kleinen
Lebewesen.146
XIV Inhalt
4.3 Unterschiedliche Kenngrößen,
die für die Atmung wichtig sind.150
4.4 Unterschiedliche atmungs- und wärmespezifische
Probleme und Lösungen.153
Kenngrößen der Säugerlunge.153
Energiehaushalt und Lungenatmung.155
Kenngrößen der Fischkieme.155
Energiehaushalt und Kiemenatmung.157
Wasserbewohner haben es schwerer.159
Die
Atemhilfsorganen.159
Luft.165
5 Leben und Umwelt im Luftmeer.167
5.1 Passiver Gleitflug - ein scheinbar einfacher
Flugzustand.167
Einstellung der Gleitneigung.169
Streckung.171
Flächenbelastung.173
Minimierung der Sinkgeschwindigkeit.173
5.2 Größenbeziehungen und Leistungseigentümlichkeiten
bei Vögeln.177
Spannweiten- und Massenunterschiede.178
Leistungen und Größenbeziehungen.180
Theoretisches zu den schwersten flugfähigen Vögeln.185
Menschenflug aus eigener Kraft.187
5.3 Aktiver Schlagflug und Vogelzug.188
Vogelbeobachtung der Frühzeit.189
Frühe Vorstellungen zur Luftkrafterzeugung.189
Zum Impulsgleichgewicht beim Flügelschlag.191
Zur funktioneilen Morphologie des Vogelflügels.193
Zu aerodynamischen Effekten am Vogelflügel.196
Flügelunterschiede bei Ente und Kolibri.199
Entfernungen beim Vogelzug.201
Vogelzug mit Thermikgleiten.203
Vogelzug mit Dauerschlagflug.208
Flughöhen und Vogellunge.212
Inhalt
Transportkosten für den Flug und für andere
Lokomotionsformen.214
Ein „treibstoffdynamischer" Vergleich zwischen Vogel und
Flugzeug.216
5.4 Zur Ökophysik des Langstreckenflugs.219
Datengewinnung.219
Flüge im Labor.220
Training und Dressur.222
Respirationsmessungen zur Bestimmung der
Stoffwechselleistung.223
Ein Abstecher zu den Fledermäusen.227
Zwei Möglichkeiten für die Weiterarbeit.227
Abhängigkeit der Flugleistung und des Treibstoffverbrauchs
von der Fluggeschwindigkeit.229
Optimale Reisegeschwindigkeiten.230
Arbeitstemperaturen des Flugmotors.231
Regelbereich und Überhitzungsgefahr.232
Ein Abstecher zu den Bienen.234
Mechanismen der
Evaporative
Woher nimmt der fliegende Vogel das zur Wärmeabfuhr
benötigte Wasser?.239
Wasserverlust, nicht Treibstoffmangel limitiert die Flugzeiten 241
Kompensatorische Verhaltensweisen.243
Einfluss von Fluggeschwindigkeit, Körpermasse
(inkl. Fettgehalt) und Umgebungstemperatur auf die
Stoffwechselleistung und die Fähigkeit zum Langstreckenflug 245
Zusammenschau und Ausblick.248
Anhänge.251
Nachbemerkungen.251
Literatur.253
Abbildungsnachweis.259
Index.261 |
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Inhalt
Land. l
1 Leben und Umwelt auf dem Land.
1.1 Plumpheit ist der Preis für Größe. 3
Ein Gedankenversuch zu Belastung und Widerstandsfähigkeit 3
Geometrisches Wachstum bei winzigen Schleimpilzen. 4
Von Grashalmen und Fabrikschornsteinen. 5
Allometrisches Wachstum bei Bäumen. 7
Theoretische Ähnlichkeitsansätze. 8
Allometrie bei Knochen und bei Skeletten. 10
Vorschlag für eine fächerübergreifende Schulstunde. 14
1.2 Fortbewegung durch Springen. 16
Absprung, Sprung und Sprunglauf. 16
Springen der Springspinnen und Schnellkäfer. 18
Der Feldheuschreckensprung. 19
Der Flohsprung. 21
Sprunghöhe, Luftwiderstand und Tiergröße. 24
1.3 Gasaustausch und Wärmehaushalt. 25
Das Grundgesetz der Diffusion. 25
Gastransport im Blut. 28
Zur Höhenatmung des Menschen. 29
Effektives Zusammenspiel beim Gastransport im Blut. 31
Physikalische Prinzipien des Wärmetransfers. 32
Zum Wärmehaushalt des Menschen. 33
Oberflächen-Volumen-Verhältnis und Wärmeabgabe. 36
Fellisolation bei kleinen und großen Tieren. 37
Energieeinsparung durch
Das Oberflächengesetz und die kleinsten Säuger. 42
Die Dalton'sche Beziehung und die Wasserhomöostase. 44
1.4 Biologische Ähnlichkeit im Bereich
der Stoffwechselleistung. 48
Die Stoffwechselleistung als energetische Zentralgröße. 50
Absoluter und relativer Sauerstoffverbrauch und entsprechende
Stoffwechselleistung. 51
ХП
Biologische Treibstoffe und ihr Abbau. 51
Zur Massenabhängigkeit der Stoffwechselleistung. 55
Similaritätsüberlegungen und der Reduzierte Exponent. 56
Zur „mittleren Steigung" der Pm (mb)-Kennlinie. 58
Gullivers Reise und kleine und große Menschen. 59
Nochmals zur Stoffwechselleistung und
zur spezifischen Stoffwechselleistung. 62
Land-Wasser.65
2 Land und Wasser:
Unterschiedliche Kraftübertragungen. 67
2.1 Abstoßen und Reaktionskraft-Nutzung. 67
2.2 Impulsübertragung als Lokomotionsvoraussetzung
auf dem Land. 68
2.3 Impulsübertragung als Lokomotionsvoraussetzung
im Wasser. 70
2.4 Formierung von Wirbelringen und Wirbelstraßen. 73
Wirbelringe und Impulsübertragung. 73
Voraussetzung für gerichtete Kraftübertragung. 74
Gray's
Fortbewegung auf der Wasseroberfläche. 75
Wasser. 81
3 Leben und Umwelt im Wasser. 83
3.1 Ist Wasser für Lebewesen „nischenmäßig
strukturiert"?. 83
3.2 Wie schaffen es kleine Plankter, so langsam
abzusinken?. 85
Bedeutung eines langsamen Absinkens für
photosynthetisierende Plankter. 85
„Betrachten wir die Kuh als Kugel". 85
Die Formeln von Ostwald und
Der Sinkquotient. 90
Inhalt XIII
Die Reynoldszahl. 94
Kennlinien für die Sinkgeschwindigkeit. 95
Parameter der Sinkgeschwindigkeit. 97
Absinken: Ideal- und Realsituation. 99
3.3 Leben in Grenzschicht-Nischen strömender
Gewässer.100
Umströmung eines Steins im Bergbach.100
Die Grenzschicht und ihre Strömungsbedingungen.102
Grenzschichten am umströmten Stein.103
Strömungswiderstand, Widerstandsbeiwert und Reynoldszahl. 107
Vom Vorteil kleiner Aufwuchsorganismen.109
Grenzschichten: Ideal- und Realbedingungen.113
Wie lebt sich's „in der Grenzschicht"?.116
3.4 Fortbewegung und „Reynolds-Nischen".118
Die Reynoldszahl und das Verhältnis Trägheitskräfte/
Zähigkeitskräfte.118
Der astronomisch große Reynoldszahl-Bereich für Lebewesen 120
Widerstand und Auftrieb.122
Reynoldsabhängigkeit von Widerstand und Auftrieb und
kleine und große Forellen.126
Strömungsmechanische Kräfte an Profilen.130
Zunehmender Bedeutungsverlust von Profilierung und
Wölbung beim Übergang zu kleineren Reynoldszahlen.131
Wie die Wasserflöhe hüpfen.132
Etwas typisch Biologisches: Konvergente Formbildung.134
Auch das Wasser ist also „mechanisch strukturiert".135
Ökologische Nischen sind immer auch physikalische.136
Wasser-Luft.139
4 Wasser und Luft: Unterschiedliche
4.1 Unterschiedliche Kenngrößen,
die für die Ortsbewegung wichtig sind.141
4.2 Unterschiedliche bewegungsspezifische Probleme
und Lösungen.143
Effekte unterschiedlicher Dichten der Medien.143
Spezifische Effekte bei kleineren und ganz kleinen
Lebewesen.146
XIV Inhalt
4.3 Unterschiedliche Kenngrößen,
die für die Atmung wichtig sind.150
4.4 Unterschiedliche atmungs- und wärmespezifische
Probleme und Lösungen.153
Kenngrößen der Säugerlunge.153
Energiehaushalt und Lungenatmung.155
Kenngrößen der Fischkieme.155
Energiehaushalt und Kiemenatmung.157
Wasserbewohner haben es schwerer.159
Die
Atemhilfsorganen.159
Luft.165
5 Leben und Umwelt im Luftmeer.167
5.1 Passiver Gleitflug - ein scheinbar einfacher
Flugzustand.167
Einstellung der Gleitneigung.169
Streckung.171
Flächenbelastung.173
Minimierung der Sinkgeschwindigkeit.173
5.2 Größenbeziehungen und Leistungseigentümlichkeiten
bei Vögeln.177
Spannweiten- und Massenunterschiede.178
Leistungen und Größenbeziehungen.180
Theoretisches zu den schwersten flugfähigen Vögeln.185
Menschenflug aus eigener Kraft.187
5.3 Aktiver Schlagflug und Vogelzug.188
Vogelbeobachtung der Frühzeit.189
Frühe Vorstellungen zur Luftkrafterzeugung.189
Zum Impulsgleichgewicht beim Flügelschlag.191
Zur funktioneilen Morphologie des Vogelflügels.193
Zu aerodynamischen Effekten am Vogelflügel.196
Flügelunterschiede bei Ente und Kolibri.199
Entfernungen beim Vogelzug.201
Vogelzug mit Thermikgleiten.203
Vogelzug mit Dauerschlagflug.208
Flughöhen und Vogellunge.212
Inhalt
Transportkosten für den Flug und für andere
Lokomotionsformen.214
Ein „treibstoffdynamischer" Vergleich zwischen Vogel und
Flugzeug.216
5.4 Zur Ökophysik des Langstreckenflugs.219
Datengewinnung.219
Flüge im Labor.220
Training und Dressur.222
Respirationsmessungen zur Bestimmung der
Stoffwechselleistung.223
Ein Abstecher zu den Fledermäusen.227
Zwei Möglichkeiten für die Weiterarbeit.227
Abhängigkeit der Flugleistung und des Treibstoffverbrauchs
von der Fluggeschwindigkeit.229
Optimale Reisegeschwindigkeiten.230
Arbeitstemperaturen des Flugmotors.231
Regelbereich und Überhitzungsgefahr.232
Ein Abstecher zu den Bienen.234
Mechanismen der
Evaporative
Woher nimmt der fliegende Vogel das zur Wärmeabfuhr
benötigte Wasser?.239
Wasserverlust, nicht Treibstoffmangel limitiert die Flugzeiten 241
Kompensatorische Verhaltensweisen.243
Einfluss von Fluggeschwindigkeit, Körpermasse
(inkl. Fettgehalt) und Umgebungstemperatur auf die
Stoffwechselleistung und die Fähigkeit zum Langstreckenflug 245
Zusammenschau und Ausblick.248
Anhänge.251
Nachbemerkungen.251
Literatur.253
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