Исследовательская работа

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 СОШ №12

г. Яровое

Исследовательская работа по физике

«Познай самого себя»

Пугачёва Алёна Александровна

 ученица 9 «А»  класса

Руководитель:

Цыб Татьяна Николаевна

учитель физики

2013 г

Оглавление:

1. Введение                                                                                                           3
2. Механические параметры тела человека                                                       5                                                     

2.1.    Определение  объема тела человека (на своем примере)                 5

2.2.    определение площади поверхности тела человека

          (на своем   примере)                                                                             6

2. 3.   Определение средней плотности тела человека

          (на своем примере)                                                                               8

2.4.    Определение времени собственной реакции                                     8

2.5.    Определение болевой нагрузки на кожу                                            9

2.6.    Определение количества теплоты, отдаваемого                                

          моим организмом в окружающую среду                                            9

2.7.    Определение дыхательного объема и

           жизненной емкости легких                                                               10

3. Заключение                                                                                                      11
4. Библиографический список                                                                           12
5. Приложение                                                                                                     13

"Кто знает себя, тот знает, что для него полезно,

и ясно понимает, что он может и чего он не может".

Сократ

Введение.

Л.Н Толстой говорил: «Не может быть не только двух людей,  но и двух листьев на дереве совершенно одинаковых». Английский художник Уистлер ответил Толстому: «Еще с большим правом можно утверждать, что ничто так не похоже на лист платана, как другой лист платана». Прав Толстой, но  прав и Уистлер: ничто так не похоже на человека, как другой человек. Но у человека есть своя индивидуальность, которая отделяет одного человека от другого, делает его особенным, единственным и неповторимым.

Познай себя - предлагали древние мудрецы, считая, что познание себя - это высшее знание, к которому должен стремиться человек. Под процессом познания самих себя древние мудрецы понимали познание истинной структуры человека, дающей возможность комплексного раскрытия индивидуального «Я».

Человек – существо многогранное: он покорил высочайшие горные вершины, опустился в самые глубокие точки Мирового океана, побывал на Луне, расщепил атомное ядро. Но чаще всего мы  не  задумываемся,  а  что же мы  представляем  собой,  что мы можем  сделать,  какими возможностями и ресурсами обладаем?

В ходе работы с различной литературой по физике человека, меня заинтересовали исследования, которые проводились многими великими физиками и биологами. В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания физическим параметрам, характеризирующим человека. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических  законов  поможет  установить  причинно-следственные  связи,  существующие  в живой и неживой природе. И я решила более глубоко изучить различные параметры и возможности своего тела. Таких параметров много: механические, тепловые, оптические. Более подробно в данной работе я рассматриваю механические параметры своего тела. На сегодняшний день известно много способов измерения и определения тех или иных параметров человека.

Цель моей работы: исследовать механические параметры тела человека на своём примере для того, чтобы лучше узнать свои физические возможности, а также сравнить полученные в работе данные со среднестатистическими и общеизвестными параметрами тела человека.

Механические параметры тела человека.

1. Определение  объема тела человека (на своем примере).

Цель работы: определить объём моего тела для того, чтобы сравнить свои параметры со среднестатистическими.

Оборудование: рулетка (погрешность измерения 0,5 см).

Основная идея решения: Тело человека можно представить (очень приближенно) в виде совокупности геометрических тел: голова-шар, туловище – параллелепипед, рука - усеченный конус, нога – усеченный конус. (см. приложение рис. 1)

Vтела = Vголовы +Vтуловища+2Vруки + 2Vноги

1.Оцениваем погрешности измерения длин. Погрешность измерения длины равна примерно цене деления рулетки, но, учитывая приближённость формы измеряемого тела, будем считать, что при каждом измерении мы ошибаемся на две цены деления, т.е. ΔL = 1 см.

2. Определяем объём головы.

Измеряем рулеткой длину окружности головы Lголовы

Объём головы принимаем равным объёму шара и вычисляем по формуле

Vголовы =головы

3. Определяем объём туловища.

Измеряем рулеткой примерную ширину тела bтела

Измеряем рулеткой примерную толщину тела cтела

Измеряем рулеткой высоту туловища Lтул

Vтул=Lтул*bc

4. Определяем объём руки.

Объём руки принимаем равным объёму усеченного конуса и вычисляем по формуле  Vp =Lp(++lp1*lp2), где Lр – длина руки от кончиков пальцев до плеча, ,  – обхват руки у предплечья и у запястья соответственно.

5. Определяем объём ноги.

Объём ноги принимаем равным объёму усеченного конуса и вычисляем по формуле Vн =Lн(++lн1*lн2), где Lн –длина ноги от бедра до щиколотки, lн1,lн2 – обхват ноги у бедра и у щиколотки соответственно.

6. Общая формула:

V=*головы+Lтул*bc+2Lp(++lp1*lp2)+2Lн(++lн1*lн2)

7. Занесём измеренные значения в таблицу 1

Таблица 1

8. Вычисляем наибольшее из возможных значение объёма тела

VтелаВГ =*головы + (Lтул + ΔL )(b+ ΔL )(c+ ΔL ) + 2Lp+ ΔL ) +(lp1+ )(lp2+)) + 2Lн+ )( (lн1 + )(lн2 +))

VтелаВГ  = 62157,7  см3 = 62,1·10-3 м3 

VтеланГ = *головы + (Lтул  - ΔL )*(b- ΔL )(c - ΔL ) + 2Lp - ΔL ) +(lp1 )(lp2 -)) + 2Lн  -  )( (lн1 - )(lн2 -))

VтеланГ  = 52149,8 см3 = 52,1·10-3 м3

Находим объем тела как среднее арифметическое суммы наибольшего и наименьшего возможного значения объема

Vтела = 0,5(VтелаВГ + VтелаНГ) = 0,5(62,1 + 52,1) ·10-3 м3 = 57,1·10-3 м3

Находим погрешность измерения объема тела как полуразность наибольшего и наименьшего возможных значений объема

∆Vтела = 0,5(VтелаВГ - VтелаНГ) = 0,5(62,1 + 52,1) ·10-3 м3 = 5·10-3 м3

Вывод:  объем моего тела Vтела = (57,1 ± 5) ·10-3 м3

2.2Определение  площади поверхности тела человека (на своем примере).

Цель работы: определить площадь поверхности моего тела разными способами и сравнить полученные результаты.

1 способ

Оборудование: рулетка (погрешность измерения 0,5 см), медицинские весы (погрешность 1 г)

Основная идея решения: В медицине часто, для определения площади поверхности тела человека, используется формула (эмпирическая формула):   S = 0,16,  где m, кг – масса тела человека (измеряется при помощи медицинских (или электрических) весов), а h, м – рост человека (измеряется при помощи рулетки).

m = 65 кг,   h = 1,71 м

S=0,16= 1,68 м2

2 способ

Оборудование: сантиметровая лента.

Основная идея решения: 

Воспользовалась рисунком (приложение рис.1) для геометрического представления человека и рассчитала площадь с помощью геометрических формул ( с учетом того, что в нее не входят площади смежных с туловищем поверхностей оснований предплечий и бедер).

S = SГОЛОЫ +( SТУЛ. - 2SПРЕДПЛ. - 2SБЕДРА) + 2(SР - SПРЕДПЛ.) + 2(SН - SБЕДРА) = SГОЛОВЫ + SТУЛ + 2SР + 2SН - 4SПРЕДПЛ. - 4SБЕДРА

1.Определяем площадь головы.

Измеряем рулеткой обхват головы Lголовы

Sголовы =

2.Определяем поверхности площадь руки.

Измеряем рулеткой обхват руки у предплечья ( l1 ) и у запястья ( l2 )

Измеряем рулеткой длину рукиLруки

Sр= π(Lр + Lр+)

3.Определяем площадь поверхности ноги.

Измеряем рулеткой обхват ноги у бедра ( lн1 ) и у щиколотки (lн2)

Измеряем длину ноги Lноги

Sн = π(Lн + Lн +)

4.Площадь основания предплечья.

Измеряем рулеткой обхват руки у предплечья lp1

Sпредпл.=

5.Площадь основания бедра.

Измеряем рулеткой обхват ноги у бедра( lн1 )

Sбедра=

6.Общая формула

S = + 2(Lтулb + Lтулc + bc) + LР(lР1 + l Р2) + LН(lН1 + lН2) +[(+) -(+)]

Для измерения площади тела используем метод верхней и нижней границы.

 (ΔL = 1 см)

Sвг = 17655,7 см2 = 1,78 м2

Sнг = 15710,2 см2 =1,57 м2

Находим площадь тела как среднее арифметическое суммы наибольшего и наименьшего возможного значения площади

Sтела = 0,5(SВГ + SНГ) = 0,5(1,78 + 1,57) м2 = 1,68 м2

Находим погрешность измерения площади тела как полуразность наибольшего и наименьшего возможных значений площади

∆Sтела = 0,5(SВГ - SНГ) = 0,5(1,78 - 1,57)  м2 = 0,1 м2

Итоговый ответ записываем в виде S = (1,68 ± 0,1) м2.

Вывод: вычисленное значение площади поверхности моего тела совпадает с медицинскими данными (вычисленными по эмпирической формуле). Sмедицинская = 1,68 м2.

3.  Определение средней плотности тела человека (на своем примере).

Цель работы:  определить среднюю плотность тела человека, чтобы сравнить ее с плотностью воды и средней плотностью тела человека.

Оборудование: медицинские весы  (погрешность 1 г), данные об объёме, полученные в работе 2.1.

Ход работы:

1. При помощи медицинских весов измеряю массу своего тела:

m = (65 ± 0,001) кг

2.Средний объём моего тела Vтела = (57,1 ± 5) ·10-3 м3

3. Для измерения плотности тела использую метод верхней и нижней границы.

ρВГ = m/VВГ                 ρВГ  = 65кг/62,1·10-3 м3=1047 кг/м3

ρНГ = m/VНГ                ρНГ = 65кг/52,1·10-3 м3=1248 кг/м3

За измеренное значение плотности принимаем полусумму верхней и нижней границ значений плотности

ρ = 0,5(ρВГ+ρНГ)        ρ = 0,5(1047 кг/м3+1248 кг/м3) = 1147кг/м3

Вывод: Мои результаты несколько отличаются от табличных (средняя плотность тела человека  равна 1036 кг/м3) (см. приложение рис.2), я думаю, что это может зависеть от    особенностей строения моего тела.

2.4 Определение времени собственной реакции.

Цель работы: определить время собственной реакции.

Оборудование: линейка, секундомер, небольшой прямоугольный лист картона, стена (гладкая).

Ход работы:

1.Прижала лист картона к стене. Отметила  его верхний край.

2.Отпустила картон, прижала его  к стене  другой рукой. И отметила верхний край. Измерила расстояние , которое пролетел лист.

3.Повторила опыт три раза. Рассчитала по формуле t = , где h – расстояние, которое пролетел лист, g-ускорение свободного падения.

h1 = 0,2 м

h2 = 0,21м

h3 = 0,235м

hcр = (0,215 ±0,0015)м

tср = ( 0,21±0,0007)с

Вывод: среднее время собственной реакции tср = (0,21±0,0007)с. При определенной тренировке время реакции существенно возрастает.

2.5. Определение болевой нагрузки на кожу

Цель работы: определить предельно допустимую болевую нагрузку для моего тела.

Оборудование: Динамометр, несколько одинаковых иголок, нитка и линейка.

Ход работы:

1.Нашла диаметр острия иголки d  методом  рядов (располагала иголки веером).

d = 0,0004м

2.Продев нитку в ушко иголки, на её конце сделала петельку. Накинула петельку на крючок школьного динамометра, расположенного на столе.

Прижав одной рукой динамометр к столу, пальцем другой руки надавливала на иголку. При появлении болевого ощущения сняла показания динамометра        F =0,4 Н.

Рассчитала болевую нагрузку :

σ =  =  = 3184713 Н/м

Вывод: болевая нагрузка на кожу σ = 3184713 Н/м.

2.6 Определение количества теплоты, отдаваемого моим организмом в окружающую среду.

Цель работы: рассчитать  количество теплоты, отдаваемого моим организмом в помещении при разных температурах.

Оборудование: медицинские весы, термометр.

Ход работы:

1.Измерила с помощью термометра температуру окружающей среды t в разное время и в разных помещениях (в школе и дома).

t1 = 22°C

t2 = 25°C

2.Измерила с помощью весов массу своего тела m.

m = 65 кг

3.Рассчитала количество теплоты,  которое отдаёт мое тело в окружающее пространство. Человек на 80% состоит из воды, поэтому удельную теплоемкость тела можно приблизительно считать равной 0,8св.

Q = 0,8cвm(tт – t) , где cв– удельная теплоёмкость воды; tт– температура моего тела.

Q1 = 4200·0,8·(36,6 – 22) = 49056(Дж)

Q2 = 4200·0,8·(36,6 – 25) = 38976(Дж)

Вывод: чем выше температура в помещении, тем меньше теплоотдача моего тела. Значит интенсивность теплоотдачи зависит от температуры воздуха. Когда температура воздуха достигает 35°С конвекция, теплоизлучение и теплопроводность становятся невозможны. И тогда теплоотдача идет путем испарения воды с поверхности кожи – потоотделения.

2.7. Определение дыхательного объема и жизненной емкости легких.

Цель работы: определить дыхательный объем моих легких и сравнить его с принятыми в медицине.

Оборудование: воздушный шарик, измерительная лента.

Ход работы:

1.Надула воздушный шарик как можно сильнее за ? спокойных выдохов.

2.Измерила диаметр шарика d и рассчитала его объем: .

  d =    Vш =

3. Вычислила дыхательный объем своих легких: Vдых = Vш/N.

4. надула шарик еще два раза и вычислила среднее значение дыхательного объема своих легких Vдых ср = (Vдых1 + Vдых2 + Vдых3)/3.

5. Определила жизненную емкость легких (ЖЕЛ) – наибольший объем воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. Для этого, не отнимая ото рта, сделала глубокий вдох через нос и максимальный выдох через рот в шарик. Повторила  3 раза. ЖЕЛ = Vш/N, где N = 3.

6. Перевела результат в литры и сравнила с нормой: 2,8 – 3,8 л для юношей и 2,5 – 2,8 для девушек.

7. Определила свою ЖЕЛ по формулам, принятым в медицине:

ЖЕЛ = [рост(м)·5,2 – возраст (лет)·0,022] – 4,2 (для юношей);

ЖЕЛ = [рост(м)·4,1 – возраст (лет)·0,018] – 3,7 (для девушек).

Вывод:

Заключение.

Человек не является объектом изучения физики. Но знать свои параметры, объём и площадь поверхности очень интересно, познавательно и увлекательно. Человек имеет очень сложную конфигурацию, но проведя несложные расчёты с большой точностью можно определить свой объём и площадь поверхности тела. Объём человека необходимо знать для расчета выталкивающей силы, что важно для подводного плавания и воздухоплавания. Так же необходимо учитывать объём, занимаемой человеком в ограниченном пространстве, например, в подводной лодке, в кабине самолёта или салоне автомобиля. Поэтому считаю, что предложенная формула имеет прикладное значение. Эти формулы с успехом можно применять в школе на уроках физики при изучении тем о плотности вещества, при расчётах выталкивающей силы. В этом случае объектом изучения становится конкретный ученик данного класса, что особенно занимательно.

Формулу для нахождения площади поверхности человека с успехом можно использовать на уроках физики для расчёта силы атмосферного давления. Так же эту формулу можно применять в больнице в ожоговом центре для расчёта площади, поражённого ожогом кожного покрова. Рассчитав полную площадь тела пациента, визуально оценив поражённую площадь можно вычислить необходимую площадь кожи для пересадки больному. Считаю, что полученные формулы займут достойное место в арсенале учителей физики и математики, сделают их уроки более занимательными.

Кроме того, с помощью этой работы я оценила особенности   своего организма и наметила пути коррекции.

Двигательная нагрузка – необходимое условие нормального роста и развития организма,

Малоподвижный образ жизни вредит здоровью, недостаток движения – причина дряблости и слабости мышц.  А это нарушает пропорции человека.

Физические упражнения, труд, игры развивают – работоспособность, выносливость, силу и ловкость человека.

Хочется видеть вокруг себя  людей с живым огоньком в глазах, с красивой грациозной походкой, изящной фигурой, доброй сияющей улыбкой на лице и жизнерадостной, открытой душой. Встаньте перед зеркалом, придя домой, и еще раз посмотрите  на себя глазами творца. Попробуйте изменить свою внешность и обогатить свою душу.

Библиографический список

1.

2.геометрия

3.http://jonius.ru/bio/kon/bio_9_k/urok31.php

4. www.everyday.com.ua/myplanet/human_param.htm

5.Гоциридзе Г.Ш. Практические и лабораторные работы по физике 7- 11 классы. Москва. «Классик стиль». 2002.

Приложение

Рис.1

Схема представления тела человека

в виде совокупности геометрических

фигур

Рис. 2

В таблице даны параметры некоторых механических, тепловых и других физических свойств взрослого человека. Приводимые данные являются усредненными и ориентировочными.