Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя школа №72 имени Героя Российской Федерации

Гануса Феодосия Григорьевича города Липецка

Исследовательская работа

«Измерение времени реакции человека на звуковые и световые сигналы»

Работу выполнил: Галдин Владислав, 10А класс

Руководитель: Кузьмина Е. А., учитель физики

г. Липецк, 2021

Оглавление

1.Введение………………………………………………………………2

2. Теоретическая часть…………………………………………………4
2.1. Что такое быстрота времени реакции?. . ………………………...4
2.2. Роль быстроты реакции в жизни человека………………………4
2.3. Физический метод измерения быстроты реакции……………….5

3.Экспериментальная часть……………………………………………6
3.1.Изготовление прибора…………………………………………….6
3.2.Исследование скорости реакции человека………………………7
3.3. Результаты и анализ исследования………………………………8

3.4. Рекомендации по улучшению быстроты реакции……………….9

3.5. Рекомендации по составлению школьного расписания для

учеников старших классов……………………………………………9

4. Заключение…………………………………………………………..9

5. Литература…………………………………………………………..11
6. Приложения…………………………………………………………12

Введение

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

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

  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.

   В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания физическим параметрам, характеризирующим человека. Таких параметров много: механические, тепловые, оптические. На сегодняшний день известно много способов измерения и определения тех или иных параметров человека. В данной работе я рассматриваю один из механических параметров – время реакции человека на раздражители.

Актуальность работы

 С увеличением темпа жизни проблема снижения времени реакции на раздражитель с каждым годом становится всё актуальнее, поэтому многие исследователи обращаются к данной теме.

 Очень важно быстро реагировать на внешние раздражающие воздействия, потому что среди них могут быть опасные или даже смертельные.

Время реакции является одним из главнейших качеств, определяющих результат соревнования, конкурса.

К примеру, время реакции является одним из важных критериев отбора водителей, операторов, летчиков, космонавтов и людей других профессий. Любого человека и дома, и на работе, и на улице в любую минуту могут встретить опасности, тогда его здоровье будет напрямую зависеть от быстроты его реакции.

Думаю, что после такой информации у многих подростков стоящих на пути выбора профессии (как и у меня) возникнут вопросы: «Чему равно время реакции у меня? От чего оно зависит? Можно ли натренировать себя, чтобы улучшить неудовлетворительный результат? Смогу ли я быть водителем, летчиком или оператором на атомной электростанции?

Метод измерения времени реакции человека меня удивил и заинтересовал. Его я обнаружил в учебном издании учителя физики г. Липецка Гоголашвили Ольги Владимировны. [2]Заинтересовал, во-первых, простотой, это нетрудно сделать обыкновенной линейкой. Во-вторых, важностью знания о нем.

  Цель работы - Измерение времени реакции человека на звуковые и световые сигналы и анализ полученных данных.

Задачи:

1. Найти информацию по скорости и времени реакции человека в дополнительной литературе, в Интернет-ресурсах;
2. Изучить законы свободного падения тел;
3. Исследовать с помощью специально проградуированной линейки время реакции на звуковые и световые сигналы учеников 10-х классов в течение учебного дня, недели; после физической и умственной нагрузки;
4. Проанализировать результаты эксперимента, составить рекомендации по улучшению времени реакции и учитыванию факторов, влияющих на время реакции.

Методы исследования - метод анализа и синтеза, экспериментальный метод, математические методы, методы визуализации результатов (таблицы, графики).

Объект исследования – учащиеся 10-х классов МБОУ СШ №72.

Предмет исследования - время реакции человека на световые и звуковые сигналы.

Гипотеза: время реакции человека зависит от времени суток, дня недели, физической и умственной нагрузки.

2.Теоретическая часть

2.1. Что такое быстрота реакции человека?

   Скорость реакции (быстрота времени реакции) – это промежуток времени между раздражителем (свет, звук, и т.п.) и реакцией организма. Скорость реакции человека на разные раздражители различна. Самая быстрая реакция получается в ответ на слуховые раздражители, более продолжительная – на световые и самое длинное – на обонятельные, вкусовые и температурные.

У человека средняя скорость реакции на световой сигнал составляет от 100 мс до 300 мс. Скорость реакции человека определяется работой нервной системы. 

  Когда человек реагирует на очень сильное раздражение, опасное для жизни, например, когда отдергивает руку от горячего предмета – в действие вступает простой рефлекс, в котором головной мозг не принимает участия.

Время реакции человека делится на 3 фазы: 

1. Время прохождения нервных импульсов от рецептора до коры головного мозга;

2. Время, необходимое для переработки нервных импульсов и организации ответной реакции в центральной нервной системе;

3. Время ответного действия организма. Время задержки определяется скоростью обмена веществ и является индивидуальной особенностью каждого организма. Оно не поддается тренировке, потому что невозможно увеличить скорость передачи нервных импульсов.[1]

Быстрота проявляется в трёх формах, не связанных или слабо связанных между собой:

1. В скорости двигательной реакции;
2. В скорости одиночного движения;
3. В частоте (темпе) движения.

2.2. Роль быстроты реакции в жизни человека

Ученые установили, что люди с замедленной реакцией рискуют преждевременно умереть. Время реакции показывает, насколько хорошо работает нервная система, что связано с умственными способностями. Был произведен эксперимент. Для участия отобрали пять тысяч человек в возрасте от 20 до 59 лет. Сам эксперимент проводился в девяностых годах. Им было предложено нажимать на кнопку, каждый раз как видели изображение.

Все данные были записаны, а потом в течение пятнадцати лет исследователи наблюдали и фиксировали статистику смертности участников. Оказалось, что смертность людей, участвующих в эксперименте и показавших замедленную реакцию, составила 25%. Исследователи предположили, замедленная реакция влияет на функционирование всех внутренних органов, в частности, снижается активность головного мозга и нервной системы.

Например, они могут забывать принимать лекарственные препараты, что ухудшает их состояние здоровья. Ученые будут и дальше проводить исследования в данной сфере, потому что здоровый образ жизни – это самый эффективный способ увеличить длительность жизни.

Как ни странно, лидерские качества человека зависят от времени реакции. А также, одним из самых важных качеств водителя является его время реакции на изменение дорожной обстановки.

Время реакции является одним из главнейших качеств, определяющих результат соревнования, конкурса. Если на ринге или в зале от этого зависит ваша победа, то на улице на карту зачастую ставятся жизнь и здоровье. Очень важно правильно и быстро реагировать на действия противника, потому что среди них нередко бывают действия, калечащие живой организм или связанные с угрозой для жизни.

Быстрота двигательной реакции имеет большое прикладное значение практически для любой профессиональной деятельности, связанной с выполнением каких-либо двигательных действий. В ходе решения таких профессиональных задач встречаются случаи, когда требуется отвечать на какой-либо сигнал с минимальной задержкой времени.

Современные технические системы, операторская деятельность, например, нередко предъявляют высокие требования к быстроте реагирования. Быстрота реакции имеет большое значение и для различных единоборств, используемых в прикладной подготовке военнослужащих, сотрудников правоохранительных органов, различных служб охраны.

2.3. Физический метод измерения быстроты реакции

   Первые исследования времени произвольной реакции человека были проведены в начале XIX в. астрономами. Необходимость в них возникла после того, как было обнаружено, что наблюдатели, засекающие момент прохождения звезды через меридиан, дают разные показания. Анализ этих данных, накопленных в течение нескольких лет, показал, что ошибки наблюдателей не являются случайными, а характеризуют индивидуальную скорость реагирования каждого наблюдателя.

Известный астроном Ф. Бессель, обнаруживший этот феномен, первым провел хронометрический эксперимент (1823 г.), в котором измерил время реакции человека на внезапный раздражитель. С этого момента время реакции человека стало объектом исследования многих астрономов.[5]

 В своей работе я решил остановиться на методе измерения времени реакции человека с помощью свободного падения тел.

Свободным падением называется движение тела под действием силы тяжести. Поскольку сила тяжести, действующая на каждое тело вблизи поверхности земли, постоянна, то свободно падающее тело должно двигаться с постоянным ускорением, т.е. равноускоренно (это вытекает из второго закона Ньютона).[3]

Особенностью свободного падения является то, что все тела в данном месте земли падают с одинаковым ускорением. Это ускорение называется ускорением свободного падения.

Так как в нашем примере движение свободно падающего тела представляет собой равноускоренное движение без начальной скорости, то перемещения рассчитываются по формуле:

h = gt2 / 2 , где

g -ускорение свободного падения, равное 9,8 [м/с2 ],

t –скорость реакции, [с];

h — расстояние между отметками на стене [м]

Из формулы ускорения свободного падения мы можем с легкостью выразить время t=√2h/gпри условии, что нам известно расстояние.[3]

Т.е. опыт выглядит следующим образом: испытуемый (тот, у кого мы измеряем скорость реакции), должен поймать тело, падающее вниз с ускорением свободного падения. Далее, мы измеряем расстояние от начала движения тела до момента, когда оно было поймано и узнаем время через формулуt=√2h/g. Это и будет время реакции организма человека.

3. Экспериментальная часть

3.1. Изготовление прибора.

    Для удобства измерения расстояния за падающее тело можно сразу взять обычную школьную линейку. Опыт выглядит так: линейка располагается так, чтобы отметка 0 совпала с верхней частью ладони испытуемого (который уже готов поймать линейку в любой момент). Отпускаем линейку, и испытуемый ловит ее. Нужное нам расстояние — это та отметка, которая теперь совпадает с верхней частью ладони. И далее узнаем время, выразив его через формулу h = g t2 / 2  Мы заранее вычисляем, какое расстояние пройдет тело за единицу времени и наносим на линейку новую шкалу (заменяем сантиметры на секунды). Таким образом, мы создадим прибор для измерения скорости реакции человека.

Для начала нам нужно вычислить какое расстояние пройдет тело за единицу времени. Т.к. тело (линейка) падает вниз равноускорено, то расстояние, которое оно проходит за долю секунды будет с каждым разом увеличиваться. Следовательно, у нашей шкалы не будет одной и той же цены деления и нам придется подставлять каждое значение h в формулу равноускоренного движения. Что я и сделал.

На основе полученных результатов проградуировал линейку в соответствии с табличными данными (см. Приложение 1)

Тем самым я получил новую шкалу. Теперь у нас есть прибор для измерения скорости реакции человека и мы можем проводить исследования.

3.2. Исследование скорости реакции человека

Часть испытуемых исследовалась с помощью звукового сигнала (резкой команды «Да!» ), часть с помощью зрительного (светового) сигнала. Больших расхождений не было выявлено ввиду большой погрешности отсчета.

Берется деревянная линейка 50-100 см в длину. Линейка располагается так, чтобы отметка 0 совпала с верхней частью ладони испытуемого. Затем отпускаем линейку в свободное падение, одновременно произнося резкий звук «Да!» (для исследования звукового раздражителя) либо беззвучно. Испытуемый должен остановить падение линейки, так быстро, как сможет.

Результаты измерений я внес в таблицу (см. Приложение 2)

Чтобы выявить зависимость результатов времени реакции от утомляемости человека в течение дня, эксперименты были проведены после первого урока, на третьем уроке, а затем в конце учебного дня (после седьмого урока).

Чтобы выявить зависимость результатов времени реакции от утомляемости человека в течение недели, эксперименты проводились в разные дни: в понедельник, среду и в пятницу.

Затем я исследовал зависимость времени реакции человека от вида нагрузки: физической(15 приседаний, прыжки на месте) и умственной (воспроизведение формул по физике)

Для точности я трижды производил измерения и вычислял среднее арифметическое для каждого участника эксперимента. Затем среднее значение времени реакции для каждого класса.

Нормы взяты в интернет- источнике[10].

3.3. Результаты исследования:

   1 этап. Измерял время реакции для учащихся 10 класса в начале, середине и конце занятий, результат представлен в таблице (Приложение 3).

Самое большое значение времени реакции, а значит и замедленная реакция учеников нашего класса, приходится на первый урок в расписании.

Значительно улучшается реакция на внешнее воздействие и восприятие процесса обучения на втором уроке. И вновь замедляется реакция к концу учебного дня.

   2 этап. Также я провел измерение реакции в разные дни учебной недели: в понедельник, среду, пятницу. То есть нужно было сравнить время реакции после выходных, в середине недели, в конце недели. Психологи считают, что человек активно работает в середине недели, то есть в среду. В таблице представлены результаты исследования. Исследования показали, что в понедельник время реакции у обучающихся среднее. У большинства учащихся время реакции понизилось в середине недели, и увеличилось к концу недели. Но есть ряд учащихся, реакция которых была наиболее быстрой в начале недели, что говорит об их индивидуальных особенностях (Приложение 4)

   3 этап. Измерение времени реакции после физической нагрузки. Результаты эксперимента немного отличаются от общепринятого мнения, что физическая нагрузка снижает внимание и негативно действует на скорость реакции. Эксперимент показал, что небольшая физическая нагрузка даже полезна. Так как время реакции незначительно, но улучшилось. (Приложение 5)

4 этап. Измерение времени реакции во время умственной нагрузки. Учащиеся получили задание вспомнить и воспроизвести по памяти основные постулаты теории относительности и формулы по молекулярной физике. Эксперимент показал, что во время и после умственной работы значительно снижается реакция.

3.4. Рекомендации по улучшению быстроты реакции

Двигательные реакции должны осуществляться на уровне условных рефлексов, а для этого необходима серьезная тренировка. Поэтому самый главный совет, вытекающий так же из анализа исследований: занятие спортом.

Очень эффективны по развитию быстроты реакции спортивные эстафеты, где сигнал в мозг поступает через осязание. То есть, надо как можно быстрее приступить к действию после того, как только предыдущий игрок коснется тебя.

Упражнения для развития быстроты.

1) Рывки и ускорения из различных исходных положений (сидя, лежа, стоя на коленях и т.д.) по зрительному сигналу.

2) Прыжки через скакалку (частота вращения максимальная).

3) Имитационные упражнения с акцентированно-быстрым выполнением какого-то отдельного движения.

Мы выяснили, что реакция зависит от мозга и от мышц.

Но самое главное это соблюдать вот эти правила.

1. Высыпаться

2. Загружать мозг работой

3. Заниматься спортом

4. Контролировать эмоции

3.5. Рекомендации по составлению школьного расписания для учеников старших классов.

При составлении расписания уроков необходимо учитывать время реакции ученика на внешнее воздействие .Предметы, имеющие высокий коэффициент сложности, должны стоять в расписании вторым, третьим или четвертым уроком, а также в начале или в середине недели. Уроки физической культуры должны чередоваться с уроками, требующими быструю реакцию.

4. Заключение

В данной исследовательской работе опытным путем был определен механический параметр человека: скорость реакции человека.

Гипотеза о том, что время реакции человека зависит от времени суток, дня недели, то есть от его утомляемости, подтвердилась.

По результатам тестирования можно сделать вывод, что скорость реакции у всех людей разная и может зависеть от утомляемости, особенностей нервной системы, эмоциональных и психических характеристик человека, но её можно натренировать при должном желании и усердии. Но при достижении максимально возможного предела, который заложен вашей генетикой, время реакции становится постоянным.

По результатам опытов можно сделать вывод, что скорость реакции разная у всех людей с рождения – определяется особенностями нервной системы, эмоциональными и психическими характеристиками человека. Однако опыты показали, что при плохом самочувствии или сильной усталости скорость реакции ухудшается, при небольшой физической нагрузке улучшается.

Многие профессии требуют усиленного внимания и хорошей скорости реакции, поэтому при выборе профессии и приеме на работу эти характеристики человека являются немаловажными.

Своей работой я хотел привлечь внимание одноклассников к проблеме улучшения реакции. Практическую ценность своей работы вижу в том, что каждый подросток, узнав свое время реакции, осознает необходимость улучшения результата, будет работать над собой и, возможно, это повлияет на выбор профессии.

И дома, и в школе, и на улице - в любую минуту подросток сможет уберечь себя от опасного для жизни воздействия.

Физика мне пригодилась не только в самих вычислениях, но и в создании прибора, с помощью которого проводились исследования.

На основе этого мы можем также сделать вывод о том, что человек может улучшить скорость реакции. Для этого ему достаточно начать заниматься спортом или даже тренировать с помощью определённых упражнений, но как показала практика, с возрастом скорость реакции в любом случае ухудшается. Поэтому все это надо учитывать. А вот с занятиями спортом все проще, вы улучшаете не только скорость реакции, но и поправляете здоровье, а главное это полезно в любом возрасте (в разумных пределах конечно). Так что если вы заторможенная личность и вам это не нравится, то занимайтесь спортом и все будет выходить быстро и просто.

Гипотеза о том, что время реакции человека зависит от времени суток, дня недели, то есть от его утомляемости, подтвердилась. Поставленные задачи полностью выполнены.

Литература

1. М.В.Волькенштейн «Биофизика». – М.: Наука, 1988

2. О. В. Гоголашвили «Ты и физика».- Липецк,2006

3. В. А. Касьянов Физика 10 класс». – М. Дрофа, 2018

4. К.Ю.Богданов «Физик в гостях у биолога». – М.: Наука, 1986

5. В.Р.Ильченко «Перекрестки физики, химии, биологии». – М.: Просвещение, 2000

6. А.Г.Хрипкова «Физиология человека». –М.: Просвещение, 2013

7.http://www.psychology-online.net/articles/doc-1988.html статья «Классические методы исследования времени реакции человека» А.Н. Леонтьев, Ю.Б. Гиппенрейтер.

8. https://www.psychology-online.net/articles/doc-1507.html статья М.В. Фаликман « Классические исследования зрительного поиска и теория интеграции признаков Э.Трейсман»

9.http://resursyar.ru/shkolnikam_i_abiturientam/malaya_enciklopediya/professionalnye_vazhnye_kachestva_vremya_reakcii/  статья «Профессиональные важные качества. Время реакции»

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Список класса и результаты

Приложение 3

Среднее значение по классу на разных уроках (в мс)

Среднее значение по классу в разные дни недели (в мс)