научно-исследовательская работа "Роль давления в жизни человека"

«EXCELSIOR-2013»

Секция ФИЗИКА

РОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Емельянова Полина Андреевна,

 МБОУ «Карамышевская СОШ», 7 класс

Ефимов Иван Олегович,

 МБОУ «Карамышевская СОШ», 7 класс

Научный руководитель:

Иванова Надежда Мефодьевна, учитель физики МБОУ «Карамышевская СОШ» Козловского района

Введение

    Совсем недавно мы начали  изучать тему  «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Нас заинтересовала его роль в нашей жизни, ведь оно окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе … Давлением обладает воздух, окружающий нас. Дом, в котором мы живем, оказывает давление на землю. Когда мы рисуем, кончик карандаша давит на бумагу. Мы слышим звуки потому, что звуковые волны оказывают давление на барабанные перепонки в ушах. Без знания о давлении, мы не сможем пользоваться штамповкой деталей; не сможем учесть зависимость роста давления с высотой или глубиной; не сможем построить высотные дома; даже режущие и колющие предметы: иглы, ножи, ножницы не сможем правильно  использовать в быту и др.

Человеку необходимы знания о давлении, чтобы двигать прогресс вперед, делать новые открытия и изобретения. И, мы думаем, что многие с нами согласятся.

     В ходе изучения этой темы у нас возникло много вопросов: - Мы живем на берегу реки Аниш, знаем, если лед на реке ненадежен, опытные люди передвигаются по нему не на ногах, а ползком. Почему они так делают?

-Почему летом полоть сорняки легче, если тяпка остро наточена?

-Почему мы проваливаемся в сугроб, стоя без лыж, а на лыжах легко можем скользить по любым снежным горкам?

-Почему ноги лошади вязнут в рыхлой почве, а трактор не увязает?

-Почему опытные рыбаки, прежде чем  отправиться  на рыбалку следят за показаниями барометра?

Ответы на все эти и другие вопросы мы попытались найти в различных источниках. Мы познакомились  с интересными задачами в «Занимательной физике» Я. И. Перельмана, много полезного для себя нашли в книге  с занимательными материалами  к урокам физики Семке А., в кратком справочнике по физике Еноховича А.С. и на страницах сети Интернет (сайт www.fizika.ru )

Цель нашего исследования:

Исследование практического применения и влияния  давления в жизни человека.

Мы выделили следующие задачи: расширить знания о давлении; выяснить от чего зависит давление; изучить роль давления в жизни человека; исследовать закономерности проявления давления; обобщить полученные знания и выработать рекомендации

Объект: окружающая среда и человек

Оборудование:  тонометр, барометр-анероид, линейка, калькулятор.

Предмет: давление

Гипотезы нашего исследования: выяснение того факта, что давление прямо пропорционально силе давления и обратно пропорционально площади поверхности, а также  проверка того факта, что атмосферное давление связано  с самочувствием людей.

Актуальность нашего исследования мы видим в том, что тема «Давление» является одной из основных тем  курса физики 7 класса, значит, полученные знания можно применять в дальнейшем не только на уроках физики, но и на уроках биологии, на уроках ОБЖ, поэтому мы решили изучить эту тему более углубленно и обширно.

Методы работы: поисковый, практический метод, эксперимент.

                                   Основная часть

Нам неоднократно приходилось наблюдать, как действие одной и той же силы приводит к разным результатам. Например,  как бы сильно мы не давили на доску, нам вряд ли удастся проткнуть её пальцем. Но, действуя с той же силой на шляпку канцелярской кнопки, мы легко загоняем острый конец в ту же самую доску. Чтобы не проваливаться в глубокий снег, человек надевает лыжи. И хотя вес человека при этом не меняется, на лыжах он не продавливает поверхность снега.

    Эти и множество других примеров показывают, что результат действия силы зависит не только от её численного значения, но и площади поверхности, одна и та же сила оказывает разное давление.

    Давлением называют отношение силы, действующей на поверхность тела перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности:

давление=сила : площадь

    Давление принято обозначать буквой р. Поэтому можно записать формулу, используя буквенные обозначения (вспомним, что сила обозначается буквой F, а площадь – S):

p=FS

    Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица давления – Паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один Ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².

    Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.

     Если умножить давление на величину площади поверхности, то можно вычислить силу давления:

сила давления = давление ∙ площадь, или то же самое в буквенных обозначениях:

                                                           F  =  p∙ S   (см.№2, стр. 82)

  Чтобы уменьшить давление, достаточно увеличить площадь, на которую действует сила. Например, увеличивая площадь нижней части фундамента, тем  самым уменьшают давление дома на грунт. У тракторов большая опорная площадь гусениц, поэтому, несмотря на значительный вес, их давление на грунт не так велико. Например, если лед на реке или озере ненадежен, опытные люди передвигаются по нему не на ногах, а ползком. Почему они так делают? Мы считаем, что когда человек ложится, вес его, конечно, не изменяется, но площадь опоры увеличивается и на каждый квадратный ее сантиметр приходится меньшая нагрузка, т.е. давление человека на опору уменьшается, поэтому по тонкому льду безопаснее передвигаться ползком,— при этом уменьшается давление на лед. Применяют также широкую доску, на которую ложатся при передвижении по тонкому льду. Какой же груз способен выдержать лед, оставаясь целым? Величина груза, конечно, зависит от толщины льда. Мы выяснили, что лед толщиной 4 см выдерживает вес идущего человека. Так как мы живем на берегу реки, то интересует вопрос, какая толщина льда нужна для устройства на реке или озере катка. Для этого достаточна толщина льда в 10—12 см.

  В случаях, когда необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности (при этом сила давления остаётся той же). Так, для увеличения давления затачивают колющие и режущие инструменты – ножницы, ножи, иглы, кусачки, тяпки. (см.№4, стр. 67).

   Практическое применение

          Мы решили опытным путем выяснить, как зависит давление от площади опоры и силы давления? Выяснение такой зависимости мы проводили практически на себе и своих близких. Зная свой вес, измерив площадь подошвы обуви, мы рассчитали давление, стоя на одной ноге, на обеих ногах, на одной лыже и двух лыжах. На основании наблюдений и расчетах нами были сделаны определенные выводы.

                Зависимость давления человека массой 40 килограммов на горизонтальную поверхность от площади опоры:

Измерение  давления на пол  Полины (в различной обуви) масса:39 кг.

 Вывод: с увеличением площади опоры давление уменьшается.

Зависимость давления человека от силы давления на горизонтальную поверхность:

 Вывод: с увеличением силы давления растёт давление на горизонтальную поверхность

Твердые тела передают оказываемое на них давление в направлении действия силы. Совсем иначе обстоит дело с жидкостями и газами, здесь давление напрямую зависит от высоты столба. Самый важный для нас газ – это воздух. Земля окружена атмосферой – слоем воздуха, представляющего собой смесь целого ряда газов (азота, кислорода, аргона, углекислого газа, пары воды и других газов)  Давление воздуха вблизи поверхности Земли обусловлено его собственным весом; он сжат этим весом подобно тому, как сжата своим весом вода на дне океана. Давление воздуха вблизи поверхности Земли (точнее, над уровнем моря) равно приблизительно одной атмосфере. Если бы плотность воздуха на любой высоте была такая же, как вблизи поверхности Земли, то толщина атмосферы составила бы около 8 километров. В действительности плотность воздуха быстро убывает с расстоянием от поверхности Земли, так что атмосфера простирается на сотни километров от поверхности Земли (за орбиты ближайших искусственных спутников); на такой высоте плотность воздуха составляет ничтожную долю его плотности у Земли. Давление атмосферы Земли (атмосферное давление) рассматривается как вес столба воздуха высотой несколько сотен километров, действующий на единицу площади. Нормальное атмосферное давление составляет около 760 мм рт. ст. (101325 Па). (см.№1, стр. 81).

    Мы решили выяснить, как можно измерить атмосферное давление и от чего оно зависит?

      С помощью барометра-анероида измерили атмосферное давление. Затем измерили необходимые размеры: крышки стола, учебника геометрии, ластика и вычислили площади их поверхностей. Пользуясь формулой, F = р • S рассчитали силу атмосферного давления на поверхность стола, учебника и пенала.(см. приложение №1 )

Площадь поверхности парты 0,6 м^2

Площадь поверхности  книги 0,0341 м^2

Площадь поверхности ластика0,000455 м^2

Вывод: Атмосферное давление меняется ежедневно, а это значит, что сила атмосферного давления также изменяется. Сила атмосферного давления при одном и том же атмосферном давлении различна и зависит от площади поверхности тела. Чем больше поверхность тела, тем большее воздействие на него оказывает атмосфера

      Как зависит давление в крови от изменения атмосферного давления? 
Очень часто связывают состояние человека с изменением атмосферного давления. Изучая давление, мы решили это проверить на себе. Прежде всего, попросили учащихся и работников школы ответить на вопрос «Зависит ли ваше самочувствие от перемены погоды». Опросом было охвачено 44 человека, из них в возрасте от 11 до 16 лет-23 чел., от 16 до 32 лет-11 чел., более     32 лет-8 чел. Результаты этого опроса приведены в диаграмме (см. приложение №2)

Затем провели научно-практический эксперимент. Ежедневно, примерно в одно и тоже время, по показаниям приборов отслеживали атмосферное давление, давление, пульс наших близких. На основании полученных результатов провели анализ, построили графики (см. приложение №3) и пришли к выводу, что  с изменением атмосферного давления меняется давление в крови человека.

Измерения атмосферного давления и артериального давления в период с 12 февраля по 17 февраля

Примечание:возраст испытуемых

папа-  41 год

мама-   36 лет

Коля -   15 лет

Полина-   12 лет

Саша -  9 лет   

Мы считаем, что в дни, когда меняется атмосферное давление необходимо бережнее относиться к своему здоровью, избегать физических нагрузок и стрессов, может быть даже и обратиться за квалифицированной помощью к  врачу. Атмосферное давление влияет не только на человека, но и на все живые организмы. Так, из бесед с заядлыми рыбаками мы выяснили, что некоторые из них отказываются от ловли, ориентируясь на показания своего домашнего барометра или сводок погоды при изменениях атмосферного давления.

                                                Заключение

В ходе выполненной работы мы более подробно познакомились с понятием «Давление», выяснили закономерности его проявления в различных жизненных ситуациях, нашли ответы на поставленные вопросы и пришли к выводу, что роль давления в жизни человека велика.

 Выполненные расчеты и вычисления говорят о том, что:

-с увеличением площади опоры давление уменьшается

-с увеличением силы давления растет давление

- сила атмосферного давления при одном и том же значении атмосферного давления прямо пропорциональна площади поверхности тела

- с изменением атмосферного давления изменяется давление в крови

Рекомендации

- проектируя здания, различные механизмы и машины необходимо учитывать их давление на грунт. Для уменьшения давления на фундамент здания нужно увеличивать площадь его нижней части, а у автомобилей следует увеличивать площадь колеса.

- нельзя ходить по тонкому льду. Безопасная толщина льда для взрослого человека составляет не менее 7 см., при этом лед должен быть прозрачным, синего или зеленоватого оттенка. Если лед белого или белесого цвета, то это означает, что он уже имеет трещины и выходить на него опасно

- для тех, кто любит зимнюю рыбалку: для обеспечения личной безопасности каждый рыбак должен иметь рядом с собой крепкую доску, длиной 2-2,5 метра, с помощью которой можно продержаться в полынье до прихода помощи, если случилось несчастье.

- исключить физические нагрузки и стрессы в те дни, когда атмосферное давление резко меняется. Этот совет полезен для метеозависимых людей, людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системой и для людей пожилого возраста.

     В своей работе мы рассмотрели только давление твердых тел и атмосферное давление, но давление существует и в жидкостях, поэтому исследования еще предстоят.                                    

         Литература

1.А.В.Перышкин. Физика.7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений.-15-е изд.,-М.:Дрофа,2011

2.Громов С.В.., Родина Н.А. Физика учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений. -М.: Просвещение. 1999.

3.Я.И.Перельман. “Занимательная физика”, изд. “Наука”.

4.Сёмке А.И., Занимательные материалы к урокам – М., «Издательство НЦ ЭНАС», 2006