Исследовательский проект «Исследование давления, производимое человеком на поверхность»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 г. Ершова

Саратовской области»

Исследовательский проект                                                                                  «Исследование давления, производимое человеком на поверхность»

Выполнил: Тяпкин Андрей                                                                                              ученик 7 «В» класса                                                                                  Руководитель проекта:                                                                                               учитель физики Е.В. Филиппова

2015 г.

Содержание

1. Введение
2.      Цели и задачи проекта; проблема исследования
3.      Теоретическое исследование
4.      Практическое исследование
5.      Заключение

                                                                                                                         Введение

         Практическая значимость нашего исследования заключается в сформулированных способах повышения и понижения давления, которое производит человек (предмет) на поверхность. Данная работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики или факультативных занятиях, а также для самообразования учащихся.

      Актуальность нашего исследования заключается в том, чтобы показать практическое применение  в быту и производстве увеличение и уменьшение давления на опору, а также влияние площади подошвы обуви на организм человека.

Цель работы: Изучение и определение давления. Развитие  умения и навыков решения физических задач, применения полученных теоретических знаний на практике, в конкретной ситуации.

Проблема исследования видится в необходимости определения давления человека (предмета) на опору и его применения в жизни  человека (быту, производстве…).

Задачи работы:

1. Изучение литературы по данной проблеме.

2. Изучение формул для определения площади опоры и давления, производимого человеком на эту опору.

3. Вычисление давления человека на поверхность в зависимости от обуви.

4. Изучение способов уменьшения и увеличения давления.

5. Рассмотреть способы уменьшения и увеличения давления на конкретных примерах.

 Основы исследования:

Объект исследования: давление, которое производит человек на опору.

Предмет исследования: определение давления человека (предмета) на опору и его применения в жизни  человека (быту, производстве…).

Методы работы: изучение литературы, расчёты, сравнение и анализ, эксперимент.

Гипотеза исследования: если правильно рассчитать давление человека (предмета) на опору, то можно уменьшить или увеличить давление, а это необходимо для проведения каких-либо работ (экспериментов, опытов) в быту или производстве.

Теоретическое исследование

          Что такое давление?

    По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но надев лыжи, он может идти почти, не проваливаясь в него. На лыжах или без них человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу P= Fтяж= mg. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что разная площадь поверхности, на которую давит человек с лыжами и без них. Площадь поверхности лыжи почти в 20 раз больше поверхности подошвы, поэтому стоя на лыжах человек, действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

      Результат действия силы зависит  не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует.

       Величина равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением и находится по формуле: p=F/S , где p – давление, Па; F – сила, действующая на поверхность, Н; S – площадь поверхности, м2.

Единица давления Па, названа в честь французского учёного Блеза Паскаля.

Способы увеличения и уменьшения давления

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление 60 кПа, т. е. всего в 2—3 раза больше, чем давление мальчика сой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется большую площадь. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, хотят ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивают или уменьшают. Например, для того чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, такие, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой создать большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как р площадь острия кнопки примерно 1 мм2 , то давление, производимое ею, равно 50000кПа.

Это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) остро оттачивают. Острое лезвие имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. — все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Практическое исследование

      Определим давление, которое мы производим при ходьбе и стоя на месте.     Для этого нам потребуются напольные весы, чтобы определить массу нашего тела, а также необходимо вычислить площадь нашей подошвы обуви, в которой мы проводим эксперимент.

       Площадь нашей подошвы обуви мы определим таким образом:

1. Возьмем лист бумаги в клетку, поставим  исследуемый ботинок на него и аккуратно обведём контур.
2. Сосчитаем число полных клеток, попавших в контур (N1). Затем сосчитаем число неполных клеток, попавших в контур (N2).
3. Произведём следующее вычисление N1+ N2/2= N3
4. Полученное число N3 умножим на площадь одной клетки (площадь квадратика на листе, взятом из школьной тетради, равна ¼ см2 или 0,000025 м2) и получим площадь подошвы.
5. Воспользуемся формулой для нахождения давления p=F/S и определим, какое давление мы производим на поверхность, стоя на одной ноге, а если заменим S на 2S, то получим давление, которое мы производим на поверхность стоя на двух ногах.
6. Силу тяжести находим по формуле F=mg, где g - ускорение свободного падения, постоянная величина, она равна g=9,8 Н/кг (при решении задач, эту величину принято округлять до 10 Н/кг).
7. Чтобы наше исследование было более наглядным, мы определим давление, которое мы производим на поверхность в разной обуви.
8. И для полноты эксперимента возьмём двух человек для исследования.
9. Данныё измерений и вычислений оформим в виде таблицы:

*- площадь лыж нашли по формуле S=ав, т.к. они имеют форму прямоугольника.

Заключение

   Рассматривая результаты измерений и вычислений из таблицы можно сделать следующие выводы:

1. Чем меньше площадь подошвы (опоры), чем большее давление тело производит на поверхность, что доказывает теоретические исследования.
2. Давление увеличивается в 2 раза, если человек встаёт на одну ногу.
3. Опыты  № 4 и № 5 указывают, на то, что  девушка в туфлях на высоких каблуках производит давление в 4,5 раза больше, чем в комнатных тапочках (по медицинским показаниям очень вредно ходить «на каблуках», т. к. возникает большая нагрузка на позвоночник)
4. Опыты  № 3 и № 6 указывают, на то, что  при одной и той же площади опоры (лыжи), но при разной силе тяжести (масса тел разная), давление будет большее при большей массе тела, что доказывает теоретические исследования.

    Эта проблема изучается с древних времён, и применяется в быту, производстве,  науке, сельском хозяйстве. Знание давления тел на опору помогает  путешественникам, археологам, строителям, конструкторам.