Научно - исследовательская работа «Атмосферное давление и изучение его влияния на организм человека».

«Шаг в будущее»

Секция физики

Научно - исследовательская работа

«Атмосферное давление и изучение его влияния на организм человека».

                                                                      Выполнила: Петровская Анастасия, ученица 8 класса  

                                                                      МОУ «ООШ села  Мавринка  Пугачевского района

                                                                     Саратовской области»

                                                                      Руководитель: Харина Татьяна Викторовна,

                                                                     учитель физики МОУ «ООШ села  Мавринка        

                                                                     Пугачевского района Саратовской области»

2010 г.

Содержание

Введение……………………………………………………….......................3 стр.

1. Основная часть:

1.1. Атмосфера…………………………………………..……..  ……….4 стр.

1.2. Почему у Земли есть атмосфера?............…………………………..5 стр.

1.3. Атмосферное давление и его измерение ………………….............6 стр

1.4. Влияние  изменений  атмосферного давления на организм                                            человека …………………………………………………………………. 7 стр.

2. Исследовательская часть

       2.1. Исследование  заболеваемости     жителей с. Селезниха в

     зависимости от изменения атмосферного давления………………8 стр.

2. .  Как можно уменьшить влияние изменений атмосферного

давления на  самочуствие человека?.......................................................10 стр

Заключение…………………………………………………………………..10 стр.                             Список используемой литературы………………………………………   ..11 стр.

Введение

Как часто мы обвиняем погоду в плохом настроении, неважном самочувствии, нежелании что-либо делать и других неприятностях. Но неужели на самом деле погодные условия могут столь активно влиять на состояние нашего здоровья? Сообщая по радио о погоде, дикторы в конце обычно сообщают: атмосферное давление 760 мм ртутного столба (или 749, или 754...). Но многие ли понимают, что это значит, и откуда синоптики берут эти данные? О том, как измеряют атмосферное давление, как оно изменяется и влияет на человека, вы узнаете из этой работы. Автор изучала влияние атмосферного давления на здоровье жителей с. Селезниха в течение двух с половиной месяцев и выработала рекомендации для того,  чтобы уменьшить вредное воздействие его «скачков»  на человека.

Цель данной работы - изучить воздействие атмосферного давления  на организм человека.

Основные задачи:

- изучить теоретический материал;

- провести исследования, выявляющие факторы зависимости влияния самочувствия  людей   на изменение атмосферного давления;

- сравнить полученные данные;

- внести предложения по решению данной проблемы.

Методы, используемые для решения поставленных задач:

-изучение научной литературы;

- сбор существующей информации по данному вопросу;

- исследовательская работа по определению влияния атмосферного давления на организм человека;

- анализ полученных результатов.

- проведение разъяснительной работы о том, как уменьшить вредное воздействие..

           Значимость этой работы заключается в том, что эта работа - практическая проверка взаимосвязи Человек и Природа, в которой используются знания, полученные в школе. При подготовке этой работы были использованы работы следующих авторов: А.Е. Гуревича, Д.А. Исаева, Л.С. Понтака, А.А. Пинского, В.Г. Разумовского, Н.К. Гладышева, Г.С. Ландсберга, Д.В. Колесова и других авторов.

1. Основная часть

1.1.  АТМОСФЕРА Земли.

Мы живём на дне сказочно красивого океана. Он велик и безбрежен. Это раскинувшаяся над нами воздушная оболочка планеты, окружающая Землю, представляющая собой механическую смесь газов, взвешенных капель воды, пыли, кристаллов льда и других компонентов, которая носит название «Атмосфера Земли».                                                                                                        Атмосфера Земли начинается  у  поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000  км. История возникновения и развития атмосферы довольно сложная и продолжительная, она насчитывает около 3 млрд. лет. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн. лет, как считают ученые, они стабилизировались.                                                                                                                                                        Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных  бурь.

В атмосфере принято выделять четыре слоя. Самый верхний — он называется экзосфера — располагается выше 400 километров. Это огромное пространство разреженного газа, состоящего из кислорода, гелия и водорода. В нем происходят северные сияния.

Ниже экзосферы лежит ионосфера — слой заряженных частиц. Она располагается на высотах от 400 до 80 километров от уровня земли. Ионосфера может отражать некоторые длины радиоволн

Благодаря этому ее свойству и возможна радиосвязь между отдаленными точками Земли.

Ниже ионосферы — на высотах от 80 до 11 километров — лежит стратосфера. В ней находится так называемый озоновый слой, защищающий Землю от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. В нижней части стратосферы температура постоянна, и для нее характерна своя циркуляция воздуха. Этими потоками иногда пользуются пилоты высотных самолетов.

Основная масса атмосферы содержится в тропосфере — тонком, около 10 километров, слое, непосредственно покрывающем Землю. Здесь формируется земная погода, образуются облака. Вместе с внешними слоями тропосфера защищает Землю от заряженных частиц и смертоносной солнечной радиации. Толщина ее меняется: на экваторе она составляет 19 километров, а на полюсах ее толщина снижается всего до 8 километров. Для тропосферы характерно увеличение с высотой скорости ветра и уменьшение температуры.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ± 200 °С.  Но на Земле, к счастью, есть атмосфера, которая предохраняет земную поверхность от чрезмерного охлаждения и нагревания, а неоднородность нагревания Земли Солнцем, наличие суши, морей и океанов, гор, равнин, растительности создают разнообразие в состоянии атмосферы и климате на различных территориях нашей планеты.

1.2. ПОЧЕМУ У ЗЕМЛИ ЕСТЬ АТМОСФЕРА?

Земля, обращаясь вокруг Солнца, никогда не расстается со своей газовой оболочкой, потому что и на неё распространяются силы притяжения.

 Атмосфера Земли состоит из молекул газов, входящих состав и вследствие земного тяготения, они притягиваются к Земле, но они не падают на её поверхность. Чем это объясняется? Каким образом сохраняется атмосфера? Дело в том, что молекулы газов, составляющих атмосферу, находятся в непрерывном движении, но при этом они не улетают в мировое пространство.

Для того, чтобы покинуть Землю, молекуле, как и ракете, нужно иметь скорость не меньше второй космической — 11,2  километров в секунду, но скорость молекул в атмосфере, как правило, значительно меньше этого значения. Поэтому почти все молекулы атмосферы как бы «привязаны» к Земле силой притяжения, и только малая часть молекул может, имея вторую космическую скорость, улететь в космическое пространство, покинув Землю. Таким, образом, два фактора — беспорядочное движение молекул и действие на них силы притяжения приводят к тому, что молекулы располагаются вокруг Земли, образуя воздушную оболочку, или атмосферу.

Измерения показывают, что плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Так на высоте 5,5  км над уровнем моря плотность воздуха в 2 раза меньше плотности у поверхности Земли, на высоте 11  км — в 4 раза меньше и так далее. Чем выше, тем воздух разреженнее... . И наконец, в самых высоких слоях — сотни и тысячи километров над Землей — атмосфера постепенно переходит в безвоздушное пространство. Таким образом, чёткой границы воздушная оболочка, окружающая Землю, не имеет.

Интересно, что на одних планетах Солнечной системы атмосфера есть, но совершенно иная: на Венере и Марс преобладает углекислый газ, на планетах-гигантах — гелий, метан и аммиак, а на других, как например, на Луне и Меркурии, атмосферы вовсе нет.

Лишившись атмосферы Земля стала бы такой же мертвой, как ее спутница Луна, где попеременно царят то испепеляющий зной, то ледянящий холод - + 130 °С днем и - 150 °С ночью.

Для того, чтобы объяснить это явление, нужно вспомнить, что массы планет, а также и удалённость их от Солнца различны. Чем дальше от Солнца расположена орбита планеты, тем ниже температура на её поверхности и тем меньше скорость молекул в атмосфере этой планеты, то есть почти ни одна молекула не имеет скорости, достаточной для того, чтобы уйти в космос. Кроме того, тот факт, что сила притяжения, действующая со стороны планеты на молекулы атмосферы тем больше, чем массивнее планета, говорит о том, что у планет-гигантов должны быть мощные и плотные атмосферы.

Именно такой факт был подтвержден снимками, сделанными с автоматических станций, посланных к разным планетам.

1.3.. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ.

Воздух очень лёгкий — 1 м3 его на уровне моря имеет массу всего 1,3 кг. Однако он оказывает на земную поверхность значительное давление — на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли воздух давит с силой 1 кг. Атмосферный столб давит на 1 м2 земной поверхности с силой, равной весу 10-тонного груза. Но такое давление способно раздавит все живое! Почему же мы не только не погибаем, раздавленные, но даже не

ощущаем этого огромного давления? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному, внутреннее и внешнее давления как бы уравновешиваются, и мы прекрасно себя чувствуем.

Первым убедительным доказательством того, что атмосферное давление очень велико был опыт Отто фон Герике с магдебургскими полушариями, который он продемонстрировал перед членами рейхстага 8 мая 1654 г. Соединив два медных полушария, Герике откачал насосом воздух из получившегося шара. По мере откачивания Герике убедился, что поршень насоса с трудом вытягивался несколькими физически сильными рабочими. Таким образом, внутри шара воздуха не было, значит, и не было давления изнутри, зато снаружи давление атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу, что их не могли разорвать восемь пар лошадей.

Интересен тот факт, что при подъёме в горы альпинисты отмечают кроме естественной усталости, ухудшение самочувствия, которое как оказалось, связано с уменьшением атмосферного давления с высотой.

                                                                                                                 Рис. 1

Более трёхсот лет назад был проделан такой опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м (рис.1), запаянную с одного конца, наполнили ртутью. Перевернув трубку и опустив её свободный конец в чашку с ртутью, заметили, что ртуть в трубке опустилась до определённого уровня и остановилась. Она не вылилась из трубки в чашку вся целиком потому, что воздух давит на ртуть в чашке и не даёт вылиться ртути из трубки. На уровне моря высота столбика ртути в трубке оказалась равной 760  мм, и давление атмосферы, соответствующее весу ртутного столба высотой 760  мм, приняли за нормальное атмосферное давление. Этот опыт был предложен                                                 и объяснён в 17 веке итальянским учёным Торричелли.                                                                      

Затем с этим несложным прибором подались вверх по склону горы и установили, что на каждые 10  метров  подъёма высота столбика ртути уменьшалась в среднем на 1  мм, что наглядно доказывало понижение атмосферного давления при увеличении высоты. Среднее давление в различных местностях земного шара будет разным — и большим, и меньшим, чем 760  мм ртутного столба. 

1.4  Влияние изменения атмосферного давления на организм человека Еще давно люди заметили, что одни явления, происходящие в атмосфере, предвещают пасмурную погоду, другие, наоборот, ясную и солнечную. Вот почему изучению атмосферы

придаётся большое значение. На метеорологических станциях всего мира несколько раз в сутки измеряют температуру, давление, скорость и направление, влажность воздуха и другие величины, характеризующие состояние атмосферы. Анализируя эти данные, синоптики

предсказывают погоду.                                                                                                                                            

На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия.
Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся.  Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека. В обычных условиях на поверхности земли годовые колебания атмосферного воздуха не превышают 20—30 мм, а суточные составляют 4—5 мм. Здоровые люди переносят их легко и незаметно.

Повышенной чувствительности к перепадам давления особенно подвержены дети, а также лица среднего и пожилого возраста с различными хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной систем, опорно-двигательного аппарата.   

2.1. Исследование заболеваемости жителей села селезниха в зависимости от изменений атмосферного давления Земли.

Влияние атмосферного давления на здоровье людей в настоящее время интенсивно исследуется в разных странах. Мною было  изучено влияние атмосферного давления на здоровье жителей села Селезниха в течение двух с половиной  месяцев. Исследование состояло из трех этапов:

1 этап исследования – проведен анализ атмосферного давления за два с половиной месяца используя  данные Гидрометеослужбы  города Пугачева.

2 этап исследования - данные статистики сердечно-сосудистых заболеваний в амбулатории села Селезниха сопоставила с днями изменения атмосферного давления.

3 этап исследования -  интервью с медицинским работником.      

Я провела наблюдения за атмосферным давлением в течение с 1 сентября по 15 ноября 2010 года, отмечая ежедневно его показания. Эти месяцы я выбрала не случайно, так как именно на эти месяцы приходится рост обращаемости больных за скорой медицинской помощью.

На основе данных составила таблицу и построила графики (приложение № 1, 2). Из них видно, что размах колебаний атмосферного давления в сентябре, был незначительный. В октябре размах колебаний увеличился, а в ноябре еще больше возрос.

Проводился анализ обращения больных за помощью к врачу  за сентябрь, октябрь, и ноябрь месяцы.

В дни  резких изменений атмосферного давления в сентябре: 7-8, 28-29, в октябре: 11-12, 14-18, 22-25, в ноябре: 5-8, 13-15 – отмечается увеличение количества вызовов к больным с заболеваниями: гипертоническая болезнь до 2; ишемическая болезнь сердца  до 4; хроническая ишемия головного мозга до 4 – заболевания, которые зарегистрированы в дни изменения атмосферного давления, в дни нормального давления эти заболевания либо не отмечаются, либо меньше этих цифр. В дни изменения в один день регистрируется до трех видов заболеваний сердечно-сосудистой системы, в дни спокойной обстановки в один день регистрируется 1-2 вида  заболеваний.  

Количество больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями регистрировали в дни резких изменений атмосферного давления и сравнивали с днями, когда изменений  в погодных факторах не наблюдалось. Сравнивая изменения давления на протяжении этого времени с данными по обращению жителей  к врачу по поводу заболеваний, я заметила, что в дни, когда  атмосферное давление резко понижается или повышается, число людей, обращающихся за медицинской помощью,  резко увеличивается. Это хорошо видно из диаграммы (приложение № 3).

Мои наблюдения за ухудшением самочуствия у людей разного пола и возраста в периоды колебаний атмосферного давления, позволяют мне сделать следующие выводы:

1). Этом страдают больше женщины, хотя можно и усомниться в данной статистике, так как почти все мужское население трудоспособного возраста  редко обращаются за медицинской помощью.

2). Больше подвержены этому люди старше 40 лет, но наблюдаются  такие случаи и в молодом возрасте, даже среди детей старшего школьного возраста (приложение № 4).

Таким образом, можно сделать вывод: атмосферное давление Земли оказывает существенное влияние на здоровье людей.

Следующим  этапом моей работы было интервью с врачом общей практики Чеботаревой Е.И. На вопросы: 1) Люди какого возраста обычно связывают своё недомогание с погодными условиями? 2) Какие хронические заболевания могут обостряться при изменении погодных условий и что при этом следует делать? Евгения Ивановна ответила: «Как правило на изменения погодных условий реагируют люди предпенсионного и пенсионного возраста,  дети с невралгическими заболеваниями, люди ведущие нездоровый образ жизни.  Обостряются такие хронические заболевания как невроз, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, сосудистые заболевания мозга. Абсолютно здоровых людей очень мало, поэтому всем следует внимательнее относиться к своему здоровью: соблюдать режим дня, заниматься профилактикой заболеваний».

2.2. Как можно уменьшить влияние атмосферное давление на человека?

Для того чтобы организм мог безболезненно отреагировать на изменения атмосферного давления, он должен обладать необходимым запасом энергии, а также мог заранее к ней подготовиться. Анализируя литературу по данной теме, я обобщила и систематизировала рекомендации по сохранению здоровья в условиях резких перепадов атмосферного давления:

. • Насколько возможно, не нагружать себя работой сверх меры, не планировать ответственных встреч и важных дел в дни, когда погода портится.

• Начать день с утренней зарядки, дыхательной гимнастики, оздоровительного бега, бодрящего душа, тонизирующих сердечнососудистую и дыхательную систему.

• Вместо обычного чая спустя 15-20 минут после еды пить особый травяной из липового цвета, душицы, зверобоя, ромашки, спорыша, мать-и-мачехи, мяты, иван-чая.

• Употреблять в пищу больше продуктов, содержащих калий: изюма, абрикосов, кураги, бананов, картофеля, запеченного или отваренного в кожуре. Позаботиться и о сосудах, принимая 2-3 капсулы витамина Е в день.

Заключение

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что моя работа – это только начало пути моих исследований. И тем не менее я смогла сделать вывод, что изменения атмосферного давления действительно оказывают влияние на самочувствие и здоровье человека, и без профилактики, которая поможет смягчить их отрицательное воздействие на организм, не обойтись. Данная работа углубила мои познания в области физики, в частности, об атмосферном давлении. В ходе моих исследований я добилась поставленной цели, ответив на вопрос: какое влияние оказывает атмосферное давление на самочуствие людей, а также изучила рекомендации по устранению негативного влияния его резкого изменения. Здоровый человек практически не ощущает на себе это давление, из-за более сильного внутреннего кровяного давления, но с возрастом оно дает о себе знать.

Знание атмосферного давления весьма важно. Теперь я смогу помочь моему дедушке, потому что умею определять давление и могу предупредить его об ухудшении погоды, так как он очень сильно реагируют на изменения атмосферного давления: у него болит голова и резко ухудшается общее самочуствие.

Эта тема меня очень сильно заинтересовала, и я намерена продолжить ее изучение в дальнейшем плане.

Литература:

1. «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», 2002, www.KM.ru
2. Гуревич А. Е., Исаев Д.А., Понтак Л. С. Физика. Химия. 5-6 кл.:учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. -2-е изд. - М.: Дрофа, 1998.-192 с.
3. Колесов Д.В. Биология Человек: Учеб. для 8 кл. общеобразоват. учеб. заведений      /Д.В. Колесов, Р.Д. Маш, И.Н. Беляев. – М.: Дрофа, 2002.-336 с.
4. Роуэлл Г.,Герберт С. Физика / Пер. с англ. под ред. В.Г. Разумовского.- М.:Просвещение,1994.-576 с.
5. Тарасов Л.В., «Физика в природе», М., Вербум – М, 2002, с. 172
6. «Физическая энциклопедия», т.2, М., Советская энциклопедия, 1990, с. 633
7. Физика и астрономия: Учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений /А.А. Пинский, В.Г. Разумовский, Н.К Гладышева и др., под ред. А.А. Пинского,

            В.Г. Разумовского. - М.: Просвещение, 2001.-303 с.

Приложение 1

Таблица измерений атмосферного давления