Проектная работа на тему: "Союз математики и физики в профессиях"

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

 «НОБЕЛЕВСКИЕ НАДЕЖДЫ КНИТУ - 2018»

Номинация «  Математика »

Научно – исследовательская ( или исследовательская, или творческая) работа

«Математические способы решения расчетных задач по химии»

(указывается название темы, выбранной конкурсантом)

Выполнил:Петров  Алексей  Иванович

Ученик   11  класса

МБОУ      Большенырсинская средняя общеобразовательная школа  Тюлячинского  муниципального района Республики Татарстан  

Научный руководитель :Давлетшина  Тагзима  Махмутовна

учитель по  математике  и  физике,1-кв.категории

Казань, 2018

Конкурс «Нобелевские надежды КНИТУ – 2018»

Муниципальное   бюджетное общеобразовательное учреждение -Большенырсинская средняя   общеобразовательная школа Тюлячинского муниципального района РТ

Проект на тему:

«Союз математики и физики в профессиях»

Выполнил:Петров  Алексей  Иванович

Руководитель :Давлетшина   Тагзима  Махмутовна

Введение

Математика и физика встречаются и используются в повседневной жизни. Нам приходится в жизни считать (например, деньги), мы постоянно используем (часто не замечая этого) знания о величинах, характеризующих протяженность, площадь, объём, промежуток времени, скорость, температуру, давление и многое другое. Но всё чаще от некоторых своих одноклассников я слышу вопрос – а так ли уж важно учить физику и математику? Считать, вроде бы, научились. Может этого достаточно?

Нередко можно услышать высказывания: вот мой папа работает шофёром - он что, там задачи решает? Или, например, иногда и среди взрослых можно услышать ну где в жизни мне пригодились эти теоремы и неравенства, законы физики?

В начале первой четверти, на занятиях по внеурочной деятельности нам был предложен вопрос: «Зачем нужны физика и математика в жизни?». Стало понятно, что многие наши одноклассники затрудняются ответить на этот вопрос. Тогда мы решили убедить ребят, что математика и физика нужна людям всех профессий. Было бы неплохо изучить этот вопрос, так как мы еще не определились кем хотим стать. Сейчас мы находимся в таком возрасте, когда должны наконец определиться и выбрать для себя профессию с которой пойдем по жизни, а изучение значимости этих наук в различных профессиях поможет нам глубже заглянуть в мир профессий и сделать свой окончательный выбор. Союз математики и физики в профессиях - это и стало темой нашего проекта.

.

Тема проектной работы: «Математика и физика вокруг нас»

Раздел: «Союз математики и физики в профессиях».

Цель работы: Выяснить, каким образом используются знания, полученные на уроках в различных видах профессиональной деятельности?

Основная часть.

Мы понимаем, что роль математики и физики в жизни человека очень значима. Выбор профессии напрямую зависит от успешного обучения в школе. Конечно, с математическими расчетами мы встречаемся практически на каждом шагу в своей повседневной жизни

- Кроим и шьём одежду – от точности измерений будет зависеть конечный результат.

-Готовим обед или ужин – от качества расчётов ингредиентов зависит питательность и полезность блюд.

-Едем в путешествие – решаем задачу с данными: скорость, время, расстояние.

-Готовим свой участок к вспашке - рассчитываем площадь вспашки, стоимость вспашки одной сотки, количество горючего для трактора.

- Идем в банк, чтобы положить деньги, - нужно рассчитать процент прибыли, который мы получим, и насколько это будет выгодно.

- Планируем бюджет семьи. Оплачиваем счета.

А ведь раньше мы и не задумывались насколько тесно, эти науки шагают с нами по жизни. И то, что говорят, что математика и физика совсем нам нигде не пригодились – это пустые слова! И мы решили это доказать.

Определившись с темой и целью нашего исследования, мы занялись планированием, сформулировали задачи, определились с источниками информации, распределили время, решив следовать строго поэтапно.

Шаг 1.

Мы принялись за сбор информации. Для этого провели анкетирование среди одноклассников, в ходе которого задали два вопроса:

Нужно ли изучать физику и математику?

Нужны ли знания этих предметов в повседневной жизни?

Нужны ли знания этих предметов в различных профессиях?

Проанализировав диаграммы, мы увидели, что в основном ребята считают, что математика и физика в жизни нужна, только некоторые не знают зачем.

Далее мы выяснили профессии родителей.

Шаг 2.

Дальнейший наш шаг: Провели социологический опрос среди родителей наших одноклассников, на тему: Нужны ли знания математики и физики в будущей профессии?

Нами было опрошено 48 человек

Статистические результаты социологического опроса:

По данным ответов построили диаграмму.

Из диаграмм видно, что математика и физика в школе нравилась большинству из опрошенных и она им в жизни тоже пригодилась.

Вывод: успешное обучение математике в будущем очень часто оказывает влияние на выбор технических специальностей.

Шаг 3.

Мы стали изучать как в различных профессиях применяются знания и где математика и физика более востребована. Побеседовав со взрослыми, мы выяснили, зачем нужна математика в выбранных ими профессиях, а заодно и поближе познакомились с каждой из профессий, ведь перед нами все ещё стоит выбор. Для рассказа мы выбрали некоторые из них.

Профессия – врач.

Математика в медицине.

1).Математические методы широко применяются в медицине. Математика всем нужна. Наборы чисел, как ноты, могут быть мертвыми значками, а могут звучать музыкой, симфоническим оркестром...

И медикам тоже. Хотя бы для того, чтобы грамотно прочитать обычную кардиограмму. Без знания азов математики нельзя быть докой в компьютерной технике, использовать возможности компьютерной томографии... Ведь современная медицина не может обходиться без сложнейшей техники.

В настоящее время широко применяются математические методы вбиофизике, биохимии, генетике, физиологии, медицинском приборостроении, создании биотехнических систем. Развитие математических моделей и методов способствует: расширению области познания в медицине; появлению новых высокоэффективных методов

диагностики и лечения, которые лежат в основе разработок систем жизнеобеспечения; созданию медицинской техники.

2) Большое место в современной медицине занимает математическая статистика. Статистика - изучение количественной стороны массовых общественных явлений в числовой форме.

Прошли те времена, когда применение статистических методов в медицине ставилось под сомнение. Статистические подходы лежат в основе современного научного поиска, без которого познание во многих областях науки и техники невозможно. Невозможно оно и в области медицины. Медицинская статистика должна быть нацелена на решение наиболее выраженных современных проблем в здоровье населения. Основными проблемами здесь, как известно, являются необходимость снижения заболеваемости, смертности и увеличения продолжительности жизни населения. Соответственно, на данном этапе основная информация должна быть подчинена решению этой задачи.

3). Математика широко применяется в кардиологии. Современные приборы позволяют врачам «видеть» человека изнутри, правильно устанавливать диагноз и назначать эффективное лечение. Созданием таких приборов занимаются инженеры, использующие аппарат физико-математических исследований. Ритмы сердца и движение математического маятника, рост бактерий и геометрическая прогрессия, формула ДНК - все это примеры применения математических расчетов в медицине.

Физика в медицине

Медицинская физика - наука о системе , состоящей из физических

приборов и изучения лечебно-диагностических аппаратов и

технологий .

Цель науки - изучение систем профилактики и диагностики заболеваний с помощью методов физики, математики и техники.

Ультразвук в медицине

С его помощью можно, например, «смешать» масло с водой и образовать из этих двух несмешивающихся в обычных условиях жидкостей эмульсию. Эта способность ультразвука дробить и измельчать различные вещества нашла применение в фармакологии

— для приготовления смесей из лекарственных веществ и в терапии

— для разрыхления тканей и дробления некоторых видов почечных

камней. Нашел применение ультразвук и в хирургии. С его помощью

производится безосколочная резка и сварка костей.

- Оптические приборы в медицине

Сегодня медики широко применяют в своей практике различные оптические приборы. Это и различные источники света, и линзы, и призмы, и микроскопы, и световоды, и лазеры и т. п.

- Лазеры в медицине

Сегодня лазерные технологии используются для лечения ЛОР - заболеваний: насморка, синусита, аденоид, тонзиллита, отита и даже храпа.

Измерение давления крови у человека.

Когда человек приходит на прием к педиатру или к терапевту, врач обязательно измеряет нам температуру и кровяное давление. Но как измеряют температуру и в чем секрет медицинского термометра, люди, конечно, знают. А вот как измеряют давление крови у человека. Измеряют давление с помощью манометра и фонендоскопа.

Важнейшей частью организма человека является его кровеносная система. Действие кровеносной системы человека можно сравнить с работой гидравлической машины. Сердце работает подобно насосу. Зная законы физики, можно понять, как происходят многие процессы в живом организме, а именно в организме человека.

Нет ни одной области медицины, где бы, не применялись физические приборы для установления заболеваний и их лечения.

Также физика в медицине играет роль как основа методов диагностики.

В заключение мы покажем вам прибор, которым пользуются многие из вас, это очки. Даже ещё не изучая линзы, мы понимаем, что это физический прибор для коррекции зрения.

Профессия – строитель.

Математика в строительстве.

Применение математики в строительстве. Область применения математических законов не знает границ, они используются во многих отраслях науки и производства.

Строительные задачи могут отличаться по степени сложности расчетов. Например, прочностные расчеты, определяющие геометрию основных элементов здания и степень выносливости несущих конструкций, относятся к сложнейшим вычислениям.

Однако помимо таких сверхсложных задач существуют и более простые (с точки зрения математики) вопросы, которые чаще встречаются в деятельности строителя-практика. С подобными вопросами может столкнуться и профессионал, и любитель, затеявший несложный капитальный ремонт.

К таким задачам, имеющим строго прикладной характер можно отнести следующий вариант.

Определение площади нестандартной фигуры. С этой задачей сталкиваются в основном мастера отделочники, например, паркетчики или укладчики линолеума или «ламината». Большинство комнат в квартирах и домах современной планировки имеют сложную форму пола, основанную на сопряжении нескольких геометрических фигур: трапеции и окружности, прямоугольника и треугольника. Просчитать потребность в расходном материале для такой площади очень сложно. Однако, используя принцип деления сложной геометрической фигуры на несколько простых, можно быстро добиться нужных результатов. Для этого достаточно вычислить площадь простой геометрической фигуры, а затем добавить или отнять от нее площадь другой фигуры, которая исказила стандартные формы при сопряжении.

Исходя из этого простого примера применения всем известных законов для прикладных целей, можно с уверенностью утверждать, что именно математика является «царицей наук». С помощью аксиом и формул этой области человеческих знаний можно решить любую теоретическую или практическую задачу.

Физика в строительстве.

У каждого из нас имеется дом. Будь то частный дом, либо квартира. В разное

время года свой дом защищает нас от разных климатических воздействий: жары, дождей, холода и т.д. Многие считают это чем-то обыденным и само собой разумеющимся свойством дома или квартиры, но далеко не многие задумываются или интересуются как же строители, каким способом они создают такой комфорт?!

Физика - совокупность научных дисциплин, рассматривающих физические явления и процессы, связанные со строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, и разрабатывающих методы соответствующих инженерных расчётов. Основными и наиболее часто используемыми в профессии строителя разделами физики являются строительная теплотехника, строительная акустика, строительная светотехника. Строительная физика детально изучает явления и процессы, связанные со строительством и эксплуатацией зданий и сооружений. Эти явления и свойства характеризуются физическими величинами. Строительная деятельность неразрывно связана с определенными условиями среды: температура, влажность, состав воздуха, плотность веществ. Становление Строительной физики как науки относится к началу 20 в. До этого времени вопросы Строительной физики обычно решались инженерами и архитекторами на основе практического опыта.

Все строительство основано в первую очередь на законах физики. Также важна в строительстве такая дисциплина как сопротивление материалов (важно знать и рассчитать прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкции). Инженеры - строители и архитекторы также должны учитывать и решать такие проблемы как теплозащита, деформация, инсоляция (солнечный нагрев и солнцезащита), звукоизоляция, акустика помещений, допустимые нагрузки и т.д.

Методы строительной физики основаны на анализе физических процессов, происходящих в ограждениях и в окружающей их среде. Для них используют лабораторные и натуральные исследования этих процессов с использованием математических методов физического моделирования.

Профессия - повар.

Математика в профессии повар

Не стоит недооценивать эту профессию. Повар - это не просто человек, который может быстро сделать суши или пельмени. Он творец, способный из кучки самых простых продуктов создать шедевр, при этом учтя все погрешности и характер изменения пищи в процессе термообработки. Итак, некоторые из его обязанностей

Калькуляция блюда. Проще говоря, расписанный до грамма рецепт. Привычный метод "на глазок" в подобных случаях не действует: все позиции задокументированы и заверены. Это необходимо для ведения финансовой части точки общепита.

Учет потери веса продуктов в процессе обработки. Например, 250 грамм говядины и 250 грамм готового стейка - это разные вещи, так как при обжарке мясо теряет процент веса. Причем в зависимости от влажности продукта и срока/вида термообработки потеря веса меняется. Таким образом, математика в профессии повара играет первую скрипку наравне с практическими умениями.

Подсчет продуктов и порций, необходимых для банкета, в зависимости от того, какое количество гостей планируется. Данное число должно включать в себя все риски и погрешности, дабы посередине мероприятия не возникло неприятных сюрпризов.

Вывод пропорций, основанный на сиюминутных потребностях заведения. Исходит из таких показателей, как количество посадочных мест, предполагаемая интенсивность посещаемости плюс небольшой форс-мажор. Все это направлено на то, чтобы избежать или минимизировать порчу продуктов, закупаемых ежедневно. Ведь рыба бывает лишь первой свежести, по версии Булгакова.

Физика в профессии повар.

Древний человек не догадывался о существовании физики и ее законов. Он просто разводил огонь под горшком и готовил пищу. С тех пор сотни поколений не поставилипод сомнение эту схему: огонь внизу - пища наверху. Сейчас не составило бы труда осуществить нагрев кастрюли сверху, но это противоречит физике теплообмена.

Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. Физика обладает необыкновенным свойством. Изучая самые простые явления, можно вывести ее общие законы.

Повар в процессе своей работы сталкивается со многими физическими процессами, как классической физики, так и электродинамики.

В наше время процессы приготовления пищи усложнились, невиданно возросло количества утвари на кухне, возросла сложность различных кухонных агрегатов, но все они работают в соответствии с физическими законами, регулируются этими законами. Очень часто повару на кухне приходится измерять физические величины вещества. Делается это обычно взвешиванием на различных видах весов или измерением объемов различными мерными стаканами.

Силы трения проявляются при работе с ножом, теркой, открывалкой.

Обязательное явление в кухонных помещениях - конвекция или теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) жидкости.

Электрический ток не только друг и помощник повара, но и во многих случаях и соучастник в приготовлении блюд.

Повару нужно много знать об этом своеобразном помощнике, чтобы правильно его использовать и в то же время не подвергать свою жизнь смертельной опасности. Как театр начинается с вешалки, так и кухня начинается с освещения.

Самый быстрый повар - этот микроволновая печь. Она творит настоящие чудеса: размораживает, жарит, запекает мясо, рыбу, птицу и т.д.

Профессия – спортсмен.

Математика и спорт.

Математика и спорт, казалось бы, далеки друг от друга. Но это только на первый взгляд. Многие представители различных наук и, в частности, математики и физики старшего поколения с большим вниманием относятся к своим спортивным занятиям. Знают они, что занятия спортом способствуют гармоническому развитию личности, что спорт закаляет человека физически и духовно.

После изучения статистических данных командных игр, появилось приложение математических методов к анализу игры в футбол.

Вслед за этим появились приложения математических методов к анализу игры в футбол. В одной из работ проанализированы 8373 игры из 56 туров, включенные в таблицу Национальной футбольной лиги. Результатом явились существенные указания, касающиеся стратегии игры.

Удалось доказать, что оптимальная стратегия в выигрыше чемпионата по футболу может включать и такой вариант, как поражение в отдельных матчах. Подобные ситуации могут быть описаны с помощью марковских цепей; анализ ситуаций позволяет выдать рекомендации о том, когда следует стремиться к победе, а когда смириться с поражением. Нечто подобное авторы имели возможность наблюдать в ходе некоторых соревнований по теннису. Игрок предпочитал проигрыш (или отказ от игры) в первом круге с тем, чтобы попасть в «утешительную» часть турнира, включающую более слабых игроков, и где он мог бы с определенной гарантией набрать требуемое количество очков (например, для подтверждения разряда).Известны работы, которые посвящены методам формирования основного состава футбольной команды, определения числа запасных игроков, оптимизации возрастного состава, с определением циклов обновления состава команды и т. п.Имеются рекомендации по созданию оптимальной программы еженедельных тренировок для пятиборцев.

Построенная модель включала в качестве целевой функции линейную зависимость от результатов в каждом виде пятиборья. В качестве ограничений фигурировали также линейные зависимости, среди которых — ограничение на общее время (в течение недели) тренировок спортсмена по
всем пяти видам спорта; на объем скоростных тренировок — он не может быть меньше объема тренировок на выносливость; на объем тренировок по общей физической подготовке — он должен превышать объем тренировок по отработке техники и т. п. Возникшая модель анализировалась методами линейного программирования.

Физика в спорте.

С помощью физики и ее законов, стало появляться больше видов спорта. Значение физических законов играет большую роль в совершенствовании спортивных достижений. Физика «забивает голы», «метает» диск, «прыгает» на батутах и с шестом.

Знание законов физики способствовало развитию техники прыжка с шестом. Прыгуны опираются на знание законов маятника.

Чтобы бросок диска получился удачным, дискобол придает диску вращательное движение. Зачем? Диск- это то такай же волчок, только вращающийся вокруг своей оси не на месте, а в полете, поэтому на него распространяются законы Гироскопа.

Батут - это натянутая сетка. Спортсмен, прогибая эту сетку приобретает силу упругости, которая подбрасывает его вверх. Подбросив его вверх, он находится в невесомости. Сила упругости - это сила, восстанавливающая то состояние, которое было до сжатия или растяжения.

При приземлении после прыжка с некоторой высоты необходимо приседания. Прыжок на «вытянутых» ногах опасен для здоровья человека. Почему? Ответ. Необходимо уменьшение скорости на возможно большем пути, тогда ускорение будет малым, значит, и сила, сообщает телу это малое отрицательное ускорение и дерзкая прекращение движения, будет невелика.

Камень и теннисный мяч ударяют палкой. Почему мяч при прочих равных условиях летит дальше камня? Ответ. Удар палки об мяч можно считать упругим. При ударе о камень часть энергии палки расходуется на работу по созданию неупругой деформации самого палки в месте соприкосновения ее с камнем. Поэтому камень получает меньшую скорость, чем мяч.

Многие с детства любят кататься на коньках. Секрет возникновения и популярности коньков кроется в их необыкновенной способности скользить по льду. А почему лед скользкий? Может быть потому, что он гладкий? А возможно, секрет в другом, в образовании тоненькой пленки воды между ледяной поверхностью и лезвием конька? Пленка воды тоньше папиросной бумаги, но без нее не было бы скольжения. Но как же в морозный день могла появиться вода под лезвием конька? И почему лезвия коньков остро заточенные? Ответ на эти вопросы дает современная теория скольжения: Согласно этой теории при движении конькобежца по льду возникают силы трения, причем, механическая энергия сил трения переходит во внутреннюю энергию льда. Именно за счет повышения внутренней энергии лед в точках соприкосновения с коньком расплавляется, образуется пленка воды которая выполняет роль смазки и облегчающей скольжение. Затачивают же лезвия коньков также с целью увеличения давления на лед.

Физика является незаменимым другом фигуристов. В этом мы убедились говоря оконьках. А вот ещё пример: Каждому из нас приходилось видеть один из красивейших элементов фигурного катания - пируэт, но далеко не каждый догадывается о том, что этот элемент основан на точном расчете.

При фехтовании на рапирах и шпагах физика помогает наиболее точно фиксировать уколы. Когда спортсмен наносит «удар» противнику, то, замыкается электрическая цепь, в которую включены и костюм "мушкетера" и сигнальная лампочка.

Почему конькобежцы, разгоняясь, размахивают руками? Резкие движения ног вызывают появление момента сил, стремятся повернуть корпус человека вокруг вертикальной оси. Поэтому конькобежец в такт движению ног размахивает руками так, чтобы движение соответствующих рук и ног было в противофазе. При таком движении рук возникает момент сил, противодействующий моменту сил, обусловленному движением ног, и компенсирующим его.

На приведенных примерах мы доказали, что физические законы применимы и для спорта.

Заключение.

При работе над проектом мы убедились, что математику и физику нужно изучать представителям всех профессий. Мы считаем, что наша гипотеза подтвердилась, думаем, что смогли доказать своим одноклассникам, что в будущей жизни физика и математика им будут очень нужны, ведь они развивают у человека логическое мышление, целеустремлённость, воображение, умение находить выход из любых ситуаций.

Все мы хорошо понимаем важность физкультуры для полнокровной жизни каждого человека, важность тренировки тела. Столь же необходима в жизни физкультура мозга, тренировка ума. И все мы знаем, сколь богатые возможности для этого дают точные науки!

Результат. В ходе данного исследования мы смогли доказать, что математика и физика нужны почти в каждой