Измерение физических характеристик домашнего животного

V   Региональная научно-практическая конференция школьников «Эврика»

Секция физики

« Измерение физических характеристик домашнего животного»

Комличенко Даниил МОУ СОШ №3, 9 класс, Новосибирская область Искитимский район, р.п. Линёво

Научный руководитель: Чечеткина Татьяна Геннадьевна                                                                          

     учитель физики первой квалификационной категории

контактный телефон: 8(383-43)3-12-55

р.п.Линево, 2010 г

Аннотация

   Изучая физику, мы знакомимся со многими физическими величинами (массой, плотностью, скоростью и др.), учимся их измерять. Но все опыты на уроках проводятся с неживыми объектами. Есть ли особенности в измерении этих же характеристик у живых существ? Какие они? Объектом моего исследования стал домашний питомец: кот «Маркис».

В ходе работы над проектом мне удалось измерить многие характеристики моего питомца: скорость, массу, объем, среднюю плотность, давление на опору, оценить степень электризации его меха, установить температурные зависимости. Конечно же, я смог добиться результата далеко не во всех задумках. В основном мои проблемы были связаны с тем, что живой объект исследования в отличие от меня не понимал цели деятельности и зачастую сопротивлялся, не желая делать то, что от него требовалось. Приходилось учитывать привычки и характер, подстраиваться под настроение и ритм жизни. Так кошки большую часть дня проводят во сне. Таким образом, я на практике убедился, насколько сложнее измерять физические характеристики живых существ. Интересно, что практически каждая серия измерений вела за собой множество вопросов и могла быть началом отдельного исследования.

Оглавление

1. Введение……………………………………………………………………………1

 2. Основная часть……………………………………………………………………2

2.1 Механические характеристики………………………………………………...2

2.1.1 Измерение скорости…………………………………………………………..2

2.1.2 Измерение массы……………………………………………………………...2

2.1.3 Измерение плотности………………………………………………………....3

2.1.4 Измерение давления на опору………………………………………………4

2.1.5 Сила тяги………………………………………………………………………..5

2.1.6 Архимедова сила………………………………………………………………5

2.2 Электрические и тепловые характеристики…………………………………6

2.2.1 Оценка степени электризации……………………………………...............6

2.2.2 Температурные зависимости………………………………………………..6

2.3 Энергетические характеристики………………………………………………8

2.3.1  Кинетическая энергия………………………………………………………..8

2.3.2  Потенциальная энергия……………………………………………………...8

3. Заключение…………………………………………………………………………9

4. Приложение……………………………………………………………………….10

5. Литература………………………………………………………………………..11

1. Введение

   Изучая физику, мы знакомимся со многими физическими величинами (массой, плотностью, скоростью и др.), учимся их измерять. Но все опыты на уроках проводятся с неживыми объектами. При прохождении каждой темы я задавался вопросом: «Есть ли особенности в измерении этих же характеристик у живых существ? Какие они?». Я решил проверить, поэтому объектом моего исследования стал домашний питомец: кот «Маркис».

 Целью моей работы явилось измерение известных мне физических характеристик у этого домашнего животного.

Задачи: разработать методику экспериментов с учетом инстинктов, повадок и характера, а также выбрать опыты, причинившие минимум неудобств животному и дающие дополнительную информацию о нём.

Для этого я просмотрел учебник физики  и подобрал те физические характеристики, которые дадут мне дополнительную информацию о моем животном. При этом я оценивал степень сложности измерений не только для меня, но и моего питомца, поэтому все измерения проводились исключительно тогда, когда кот был более податлив и на протяжении нескольких месяцев.

2. Основная часть

2.1. Механические характеристики

2.1.1 Измерение скорости

   Средняя скорость кота измерялась следующим способом:

При помощи рулетки отмечалось расстояние 10 м;

У линии старта кота придерживал ассистент;

С линии финиша ассистенту давалась команда отпустить кота;

Секундомером засекалось время движения;

Кота угощали и проводили расчет скорости по формуле:

Vср=s/t,

где s-путь, t-время движения.

   Сравнивая полученные со скоростями движения других животных, можно сделать вывод, что скорость кота Маркиса близка к скорости человека (Vср=1,3м/с). Я с разочарованием констатировал, что кот Маркис из всего предложенного в справочнике списка смог бы догнать только черепаху (Vср=0,8км/ч), а волк (Vср=55 км/ч), заяц (Vср=60 км/ч), даже муха (Vср=18км/ч) легко ушли бы от преследования.

2.1.2 Измерение массы

   Для измерения массы мне понадобились пружинные весы и рюкзак. Кота Маркиса помещал в рюкзак и фиксировали показания пружинных весов, затем отдельно измеряли массу рюкзака и проводил расчет по формуле:

m=mобщ-mрюк,

где m-масса кота,mобщ-общая масса, mрюк-масса рюкзака.

   Через две недели измерения повторил, причем в то же время суток, через два часа после еды. Результаты представлены в таблице.

   Видно, что масса Маркиса за две недели увеличилась приблизительно на 100г. Скорее всего, это связано с тем, что с приходом холодного времени года кот проводил большую часть дня во сне.

2.1.3 Измерение плотности

   Плотность по определению, - физическая величина, численно равная отношению массы тела к его объему. Следственно для ее вычисления требовалось измерить массу и объем тела животного. Объем я вычислял по объему вытесненной жидкости. Из гуманных соображений я погружал животное в воду только до половины, а затем замечал на сколько поднялся уровень воды в ванне, и проводил расчет по формуле V=abx, где a-ширина ванны, b-ее длинна, x-повышение уровня воды. Массу взял из выше проделанных опытов. Расчет средней плотности проводился по формуле:

p

   Результаты представлены в таблице:

   Хотя объем оценивался весьма приблизительно, можно сделать вывод, что средняя плотность подопытного животного близка к плотности воды.

2.1.4 Измерение давления на опору

   Давление кота Маркиса на опору рассчитывалось для трех положений (стоя, лежа, сидя) по формуле:

p=mg/S,

где m=4,6кг-масса, полученная в предыдущих опытах, g=10 H/кг, S-площадь опоры кота, которую вычисляли по площади фигур, получаемых очерчиванием соответствующих контуров на ватмане. Результаты представлены в таблице:

   Таким образом, в разных положениях кот оказывает давление от 0,75 до 8,181 кПа (последнее значение - в положении стоя).

2.1.5. Измерение силы тяги

Измерения проводились при помощи школьного динамометра. На кота «Маркиса» одевали ошейник и к нему прикрепляли поводок, а на поводке закрепляли динамометр, который держали руками. После этого замечали показания прибора когда:

Кот заинтересовался движущимся объектом (мячиком)

Пугался (спускали из воздушного шара с шумом воздух)

Пытался освободиться от поводка

Результаты представлены в таблице:

Средняя  сила тяги равна 10,833 Н, что приблизительно в 50 раз меньше силы тяги коня(540Н из справочника). Максимальное значение было замечено во время попытки освободиться от ошейника. Видно, что свобода для него превыше всего.

2.1.6 Измерение Архимедовой силы

Архимедова сила – это сила, выталкивающая полностью погруженное в воду тело, равная весу жидкости в объеме этого тела. Все данные взяты из опыта, где я находил объем тела (0,0045м3). Плотность воды равна 1000кг/м3. Расчет проведен по формуле: Fа = rжидк.·g · Vтела. Результаты представлены в таблице:

Из этой таблицы мы видим, что архимедова сила равна 44,1 H.

2.2 Электрические и тепловые характеристики

2.2.1 Оценка степени электризации

   При трении многих тел о мех наблюдается электризация. Я задался целью выяснить чей мех электризует больше. Электризация значительно ослабляется при большой влажности. Поэтому я предварительно высушил шерсть кота Маркиса и пса Бульбы (опыт над которым проведен для сравнения). Затем натирали эбонитовую палочку по очереди о шерсть каждого животного одинаковое количество раз, подносили ее к гильзе из фольги, подвешенной на нити, и измерял угол отклонения от вертикали.

   На основании результатов эксперимента можно высказать следующую гипотезу: чем жестче шерсть, тем хуже способность электризовать другие тела. Возможно, кошачья шерсть обладает лучшими свойствами электризовать, нежели собачья.

2.2.2.  Температурные зависимости

   В данной таблице представлена зависимость температуры кота Маркиса от времени суток. Измерения проводились четыре раза в сутки. Оказалось, что самая высокая температура соответствует дневному времени суток (15ч.), когда активность животных наибольшая.

  В этой таблице представлена диаграмма, отражающая зависимость температуры тела кота Маркиса от степени активности, - кот двигался в течении 10 мин. одним из аллюров (шагом, рысью, галопом) и сразу после остановки проводилось измерение температуры. Наибольшей активности кота (галопу) соответствует наибольшая температура, а при движении шагом наименьшая. При движении рысью температура примерно на 0,3 °C выше, чем движении шагом, и на 0,2 ниже, чем при движении галопом. Температура кота «Маркиса» от 37,3°C до 37,6°C, я сравнивал её с температурами других животных: кошки (38-39,2°С), собаки (37,5-39°С) и кролика (38,5-39,5°С) (из справочника).

 На основании представленных данных можно сделать вывод, что температура подопытного животного зависит от активности (чем выше активность, тем выше температура).

2.3. Энергетические характеристики

2.3.1 Кинетическая энергия

Кинетическая энергия – это энергия движущегося тела. Следовательно, для определения энергии  берем скорость трёх разных режимов ходьбы, а значит и измерений кинетической энергии будет тоже три. Расчет кинетической энергии производился по формуле:

Екин =m2/2

Высшая кинетическая энергия ( 25,047Дж ) соответствует максимальной скорости – галоп.

2.3.2 Потенциальная энергия

Потенциальная энергия – это энергия, зависящая от высоты нахождения тела. Для этого нам нужно было узнать расстояние от земли до пола, где находился кот «Маркис». Это расстояние равно 1,1м.. Расчет потенциальной энергии производился по формуле:  Ер= mgh. Результаты представлены в таблице:

Как видно из таблицы, потенциальная энергия равна 49,588 Дж.

3. Заключение

 В ходе работы над проектом мне удалось измерить многие характеристики моего питомца: скорость, массу, объем, среднюю плотность, давление на опору, оценить степень электризации его меха, установить температурные зависимости. Конечно же, я смог добиться результата далеко не во всех задумках. В основном мои проблемы были связаны с тем, что живой объект исследования в отличие от меня не понимал цели деятельности и зачастую сопротивлялся, не желая делать то, что от него требовалось. Приходилось учитывать привычки и характер, подстраиваться под настроение и ритм жизни. Так кошки большую часть дня проводят во сне. Таким образом, я на практике убедился, насколько сложнее измерять физические характеристики живых существ. Интересно, что практически каждая серия измерений вела за собой множество вопросов и могла быть началом отдельного исследования.

   Вряд ли полученные мною результаты имеют большое научное значение. Но на мой взгляд, они представляют интерес для многих школьников, которые интересуются физикой, любят своих домашних животных и хотят знать о них больше.

Литература

Перышкин А.В. Дрофа, Москва Физика 7 кл 2004 г.

.Перышкин А.В Дрофа, Москва Физика 8 кл 2004 г

Кабардин О.Ф. Физика, М.Просвещение Справочные материалы 1992 г.

Тезисы

Все опыты на уроках проводятся с неживыми объектами.

Каковы особенности в измерении физических характеристик у живых существ.

Объектом исследования домашний питомец: кот «Маркис».

Измерились характеристики питомца: скорость, массу, объем, среднюю плотность, давление на опору, сила тяги, Архимедова сила, удалось оценить степень электризации меха, установил  температурные зависимости.

Измерения представляют интерес для многих школьников, которые интересуются физикой, любят своих домашних животных и хотят знать о них больше.

Рецензия

Данная работа соответствует выбранной теме. Тема раскрыта в соответствии с представленным планом.

Данная работа посвящена рассмотрению вопроса измерения физических характеристик у домашнего животного. В данной работе, учащийся проводит подбор характеристик,  разработку методики измерения экспериментов с учетом инстинктов, повадок и характера своего питомца. В работе приведены эксперименты причинившие минимум неудобств животному.

Представлены следующие измерения: Скорости, массы, плотности, давления на опору, измерение силы тяги, Архимедовой силы, приведена оценка степени электризации, построены графики зависимости температуры за сутки, проведен расчет энергетических характеристик. В ходе каждого эксперимента выполнялось не только сравнение  характеристик с другими животными, табличными данными, но и представлялись свои выводы.

При выполнении учащийся учитывал привычки, характер и  настроение  животного.

Работа очень интересная, материал изложен грамотно, логически верно, результаты представлены наглядно в виде таблиц, графиков и диаграмм.

Руководитель:                                      Чечеткина Т.Г.