Две задачи о рыбах

Креативные задачи

15.12.2003

Две задачи о рыбах

Задачи предоставлены Василием.

Задача: Атравматическое орудие лова рыб

Очень многие рыбы водохранилищ течениями заносятся в турбины ГЭС. Например, каждый пятый судак и каждый третий снеток Иваньковского водохранилища попадает в ГЭС. И когда их проносит через турбины из верхнего бьефа плотины в нижний часть из них гибнет сразу, часть травмируется и гибнет от травм или съедается чуть позже, часть остается живой. Естественно возникает вопрос, сколько рыб гибнет из тех, что прошли через ГЭС. Чтобы это посчитать, надо поймать тех рыб, которые прошли через ГЭС, но возникает проблема. Рыб убивает сам процесс лова, имеющимися ловушками. То есть, нужна конструкция, которая ловит рыб, но не травмирует их.

Объект лова. Личинки рыб длина 7-20 мм, толщина около 1 мм, высота тела до 2 мм, вес 7-30 мг. – очень нежные: тронул пальцем – сдохла.

Концентрация личинок в сбросном потоке часто около 1-5 экз. в 100 кубометрах воды. Такая концентрация наблюдается для большинства рыб в течении темного времени суток приблизительно 3-4 часа. В светлое время меньше, иногда на несколько порядков.

Необходимая эффективность ловушки не менее 50 экз. за 4 часа лова. Точнее за 4 часа надо обловить 1000-5000 тонн воды.

Условия лова. Сбросной поток ГЭС, водовороты, вихри. Скорость потока средняя – 1 м/с, мгновенная – 0.4-1.6 м/с. Направление вектора скорости может отклоняться от среднего в пределах телесного угла 90 градусов.

Прототип. Фактически отсутствует. Раньше ловили конусными сетками. Это большой сачок. К рамке 40х50 см пришит конус из капронового сита (материал похожий на сетку от комаров или марлю) длиной 1.5 м к концу конуса прикреплена банка (1 л). К рамке привязана 4-х поводковая уздечка. Всю конструкцию на длинной веревке привязывают к плотине и бросают на течение. Она работает как плавучий якорь или указатель ветра на аэродромах.

Причины травмирования в такой сетке.

Течением рыб сильно прижимает к ситу, причем скорость течения сквозь сито у рамки раза в 2 меньше, чем у банки.
Вихри и водовороты изгибают сито – эффект, как от терки, с рыб при этом сдирается чешуя и кожа.
Отклонение вектора скорости течения от перпендикуляра к ситу заставляет рыб скользить по ситу – такой же эффект терки.

По имеющимся данным, если вода проходит через сито равномерно, и скорость течения у сита не более 2 см/с, то при этих условиях личинки не травмируются. Точнее их травмирование настолько мало, что не заглушает травмирование в ГЭС и может быть учтено (экспериментально и затем математически).

Скважность сита приблизительно 50% – на 2 кв.см сита 1 кв.см дырок и 1 кв.см нитей.

Решения задачи пока нет, по крайней мере, мне не известно.

Задача: Измерение объема рыбы

В лаборатории поведения рыб раз возник такой вопрос: отличается ли закон изменения объема плавательного пузыря живой рыбы при изменении давления от физического закона P*V=сonst, или упругость стенок пузыря, мышечный тонус брюшной стенки и т.п. физиологические механизмы вносят существенные изменения в проявление этого физического закона.

При уточнении задачи было выявлено, что в теле рыбы сжимаем только плавательный пузырь, заполненный газом, остальные ткани и органы не сжимаемы, как жидкость. Поэтому решили, что для ответа на вопрос надо измерить изменение объема тела рыбы в ответ на изменение давления воды. Условием такого измерения должно быть отсутствие травмирования рыбы, поскольку стресс может изменить мышечный тонус.

Предложите устройство для решения поставленной задачи.

Дополнительные данные (для не ихтиологов).

1. Длина рыбы 5-10 см, объем 10-20 мл, объем плавательного пузыря 1-2 мл.

2. Минимальный необходимый объем доступной рыбе воды – 1000 мл.

3. Известное поведение рыб:

3.1. При увеличении (уменьшении) давления рыба активно всплывает (погружается) на расстояние компенсирующее изменение давления, то есть препятствует изменению объема своего тела, которое нам и надо измерить. Начинается такая реакция через 1-2 секунды, после того как давление изменилось уже на 10-15 см водного столба.

3.2. При увеличении (уменьшении) давления рыба изменяет количество газа в пузыре. Фиксируемое изменение количества газа наступает за 20 минут. Принято, что за 15 мин изменение количества газа пренебрежимо мало.

4. Принято, что ошибка измерений в 5-10 % вполне допустима.

5. Индивидуальный разброс параметров у рыб больше, чем допустимая ошибка измерений, поэтому одну серию измерений необходимо проводить на одной рыбе. То есть нельзя сравнивать объем одной рыбы при давлении 1 атм. с объемом другой рыбы при давлении 1.2 атм.

6. Задача решена В.И.Цветковым в 1975 г. (диссерт: к.б.н.), для диапазона давлений 0.8 - 1.4 атм. (абсолютное давление) или -0.2 +0.4 атм. (относительное), но нет гарантии , что его решение оптимально.

--------------------

Задачи размещены на форуме нашего сайта. Приглашаем всех желающих принять участие в их обсуждении.

Решение задачи " о наклономере" из прошлого выпуска

Решение задачи обсуждалось на форуме нашего сайта. Лучшими признаны следующие идеи.

Идея 1

Для того, чтобы точно регистрировать отклонения короткого отвеса нужен чувствительный и одновременно простой и дешевый индикатор отклонения. Для реализации такого индикатора можно использовать муаровый эффект.

Муаровый эффект – это рисунок получаемый при наложении двух изображений с регулярной структурой, типа сетки. Эффект в том, что изменение муарового рисунка весьма чувствительно даже к незначительному смещению сеток относительно друг друга.

Автор идеи: Дмитрий.

Идея 2

Надо линеечку, по которой мы отклонение отвеса определяем, сделать не горизонтальной как привычно, а вертикальной!!! Тогда при длине отвеса 300 мм, ширине штанги отвеса 2 мм и отклонении его нижнего конца на 2 мм от вертикали (угол 0.38 градусов), точка пересечения края штанги с линейкой переместится на 150 мм вверх. Увидим эту точку пересечения мы правда на высоте всего 135 мм от нижнего конца отвеса, но все равно "усиление" смещения получается равным 67.5! Шкала будет естественно не линейная – при отклонении такого отвеса на 20 мм (угол 3.8 градусов) видимая точка пересечения сместится на высоту 283.5 мм, что всего в 283.5/20=14.175 раза больше.

Автор идеи: Василий (basil0)

До встречи.

Александр Барышников
e-mail: Обратная связь

Другие публикации