XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Познай самого себя. Физика человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гильфанова Е.А. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 пгт Забайкальск

Гильфанова Ю.И. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 пгт Забайкальск

Работа в формате PDF

3.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

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

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

Сократ

Введение.

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.

Познай себя - предлагали древние мудрецы, считая, что познание себя - это высшее знание, к которому должен стремиться человек. Под процессом познания самих себя древние мудрецы понимали познание истинной структуры человека, дающей возможность комплексного раскрытия индивидуального «Я».

Человек – существо многогранное: он покорил высочайшие горные вершины, опустился в самые глубокие точки Мирового океана, побывал на Луне, расщепил атомное ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что же мы представляем собой, что мы можем сделать, какими возможностями и ресурсами обладаем?

В ходе работы с различной литературой по физике человека, меня заинтересовали исследования, которые проводились многими великими физиками и биологами. В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания физическим параметрам, характеризирующим человека. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе. И я решила более глубоко изучить различные параметры и возможности своего тела. Таких параметров много: механические, тепловые, оптические. Более подробно в данной работе я рассматриваю механические параметры своего тела. На сегодняшний день известно много способов измерения и определения тех или иных параметров человека.

Цель моей работы:. Изучить физические особенности организма человека с точки зрения физики

Задачи исследования:

• исследовать механические параметры тела человека на своём примере для того, чтобы лучше узнать свои физические возможности, а также сравнить полученные в работе данные со среднестатистическими и общеизвестными параметрами тела человека

• осуществить подбор и анализ материала, отвечающего на вопрос: какие физические явления и процессы играют важную роль в жизни человека;

• опираясь на знания, полученные в этом учебном году, провести ряд опытов, раскрывающих физические характеристики моего организма и сделать выводы по полученным результатам.

Объект исследования: человек и его физические данные

Предмет исследования: физические характеристики организма человека

Методы исследования:

• сбор и изучение материалов в различных источниках

• экспериментальные измерения, расчёт физических данных.

1. Механические параметры тела человека.

1. 1. Определение объема тела человека (на своем примере).

Объем человека – это один из важных показателей, определяющих его физиологические параметры. Для расчета объема среднестатистического человека необходимо учесть множество факторов, таких как рост, вес, пол, возраст и телосложение. Все эти параметры влияют на форму и объем тела человека. Однако, существует некоторая средняя величина, которая может быть использована в качестве ориентира.

Объем среднестатистического человека рассчитывается в метрах кубических. Согласно проведенным исследованиям, объем взрослого среднестатистического мужчины составляет примерно 66-85 метров кубических, а женщины – 49-73 метра кубических. Эти значения являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от ряда факторов.

Цель работы: определить объём моего тела для того, чтобы сравнить свои параметры со среднестатистическими.

Оборудование: рулетка

Основная идея решения: Тело человека можно представить (очень приближенно) в виде совокупности геометрических тел: голова-шар, туловище – параллелепипед, рука - усеченный конус, нога – усеченный конус. (см. приложение рис. 1)

V_тела = V_головы +V_{туловища}+2V_руки + 2V_ноги

1. Определяем объём головы.

Измеряем рулеткой длину окружности головы L_головы

Объём головы принимаем равным объёму шара и вычисляем по формуле

V_головы = _головы

2. Определяем объём туловища.

Измеряем рулеткой примерную ширину тела b_тела

Измеряем рулеткой примерную толщину тела c_тела

Измеряем рулеткой высоту туловища L_тул

V_тул=L_тул*bc

3. Определяем объём руки.

Объём руки принимаем равным объёму усеченного конуса и вычисляем по формуле V_p= L_p( + +l_p1*l_p2), где L_р – длина руки от кончиков пальцев до плеча, , – обхват руки у предплечья и у запястья соответственно.

4. Определяем объём ноги.

Объём ноги принимаем равным объёму усеченного конуса и вычисляем по формуле V_н = L_н( + +l_н1*l_н2), где L_н –длина ноги от бедра до щиколотки, l_н1,l_н2 – обхват ноги у бедра и у щиколотки соответственно.

5. Общая формула:

V= * _головы+L_тул*bc+2 L_p( + +l_p1*l_p2)+2 L_н( + +l_н1*l_н2)

6. Занесём измеренные значения в таблицу 1

Таблица 1

7. Вычисляем наибольшее из возможных значение объёма тела

V_телаВГ = * _головы + (L_тул + ΔL )(b+ ΔL )(c+ ΔL ) + 2* L_p+ ΔL ) +(l_p1+ )(l_p2+ )) + 2* L_н+ )( (l_н1 + )(l_н2 + ))

V_тела = 70492,4 см³ = 70,5·10^-3 м³

1.2 Определение площади поверхности тела человека (на своем примере).

Цель работы:определить площадь поверхности моего тела разными способами и сравнить полученные результаты.

Оборудование: рулетка (погрешность измерения 0,5 см), медицинские весы (погрешность 1 г)

Основная идея решения: В медицине часто, для определения площади поверхности тела человека, используется формула (эмпирическая формула): S = 0,16 , где m, кг – масса тела человека (измеряется при помощи медицинских (или электрических) весов), а h, м – рост человека (измеряется при помощи рулетки).

m = 655 кг, h = 1,72 м

S=0,16 = 1,56 м²

Понятие нормы для разных людей вообще довольно спорное, но принято считать, что площадь поверхности тела взрослого человека составляет 1,73 м².

Более точные данные можно найти в таблице.

Таблица площади поверхности тел взрослых и детей

Вывод: Площадь поверхности моего тела соответствует возрастным нормам

1.3 Определение средней плотности тела человека (на своем примере).

Цель работы: определить среднюю плотность тела человека, чтобы сравнить ее с плотностью воды и средней плотностью тела человека.

Оборудование: медицинские весы (погрешность 1 г), данные об объёме, полученные в работе 2.1.

Ход работы:

1. При помощи медицинских весов измеряю массу своего тела:

m = (55 ± 0,001) кг

2.Средний объём моего тела V_тела = (70,5 ± 5) ·10^-3 м³

3. Для измерения плотности тела использую следующую формулу

ρ= m/Vρ= 55 кг/70,5·10^-3 м³=780 кг/м³

Вывод: Мои результаты несколько отличаются от табличных (средняя плотность тела человека равна 1036 кг/м³) я думаю, что это может зависеть от особенностей строения моего тела.

1.4 Определение времени собственной реакции.

Быстрота реакции является одним из основных качеств живого организма. 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. От начала действия раздражителя до момента реакции всегда проходит определенное время, после чего включаются мышечные механизмы ответного действия, быстрота которых уже зависит от скорости движений тела. Время задержки определяется скоростью обмена веществ и является индивидуальной особенностью каждого организма. Оно не поддается тренировке, потому что невозможно увеличить скорость передачи нервных импульсов.

Время реакции – это протяженность от начала сигнала до реакции организма человека на этот сигнал. У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет: 0,1-0,3 секунды.

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

Нужно научиться реагировать на раздражители, предшествующие опасному действию. Например, следует реагировать не на сам удар, а на подготовку к нему - ведь прежде чем ударить, противник обязательно посмотрит на цель, сменит позу, напряжет мышцы, вдохнет... Времени более чем достаточно. Нужно только выработать условный рефлекс, заложить в подсознание новый раздражитель и ответную реакцию на него.

Цель работы: определить время собственной реакции.

Оборудование:линейка, секундомер, небольшой прямоугольный лист картона, стена (гладкая).

Ход работы:

1. Берется деревянная линейка 20 см в длину. На стене делается отметка.

2. Отвлекая внимание участника эксперимента, отпускает линейку в свободное падение. Участник должен остановить падение линейки, так быстро, как сможет.

3. Отмечает новое положение засечки линейки и производит замер её полета (h), т.е. расстояние между отметками на стене.

3 . Опыт повторяется три раза. Рассчитала по формуле t = , где h – расстояние, которое пролетел лист, g-ускорение свободного падения.

h ₁ = 0,13 м

h₂ = 0,15 м

h₃ = 0,17 м

h_cр = (0,17 ±0,0015)м

t_ср = ( 0,17±0,0007)с

Вывод:среднее время собственной реакции t_ср = (0,17±0,0007)с. При определенной тренировке время реакции существенно возрастает.

1.5. Определение болевой нагрузки на кожу

Цель работы: определить предельно допустимую болевую нагрузку для моего тела.

Оборудование: Электронный динамометр, несколько одинаковых металлических иголок, нитка .

Ход работы:

1.Нашла диаметр острия иголки d методом рядов (располагала иголки веером).

d = 0,0004м

2.Продев нитку в ушко иголки, на её конце сделала петельку. Накинула петельку на крючок школьного электронного динамометра, расположенного на столе.

Закрепила датчик электронного динамометр к лапке штатива, пальцем руки надавливала на иголку. При появлении болевого ощущения сняла показания на экране электронного динамометра F =0,7 Н.

Рассчитала болевую нагрузку :

σ = = =5600000 Н/м

Вывод: болевая нагрузка на кожу σ = 5600000Н/м.

1.6 Определение количества теплоты, отдаваемого моим организмом в окружающую среду.

Цель работы:рассчитать количество теплоты, отдаваемого моим организмом в помещении при разных температурах.

Оборудование: медицинские весы, термометр.

Ход работы:

1.Измерила с помощью термометра температуру окружающей среды t в разное время и в разных помещениях (в школе и дома).

t₁ =18°C

t₂ = 25°C

2.Измерила с помощью весов массу своего тела m.

m = 55 кг

3.Рассчитала количество теплоты, которое отдаёт мое тело в окружающее пространство. Человек на 80% состоит из воды, поэтому удельную теплоемкость тела можно приблизительно считать равной 0,8с_в.

Q = 0,8c_вm(t_т – t) , где c_в– удельная теплоёмкость воды; t_т– температура моего тела.

Q₁ = 4200·0,8·55(36,6 – 18) = 3437280(Дж)

Q₂ = 4200·0,8·55(36,6 – 25) = 2143680 (Дж)

Вывод: чем выше температура в помещении, тем меньше теплоотдача моего тела. Значит интенсивность теплоотдачи зависит от температуры воздуха. Когда температура воздуха достигает 35°С конвекция, теплоизлучение и теплопроводность становятся невозможны. И тогда теплоотдача идет путем испарения воды с поверхности кожи – потоотделения.

1.7 Определение давления своего тела на поверхность.

Ц ель работы: определить давление своего тела на поверхность.

1. Поставьте ногу на бумагу в клетку (например, на лист из ученической тетради) и обведите карандашом ее контур.

2. Посчитайте количество целых клеток N и количество нецелых клеток п на площади своей ступни. N=547

3. Найдите площадь ступни S₁:

S₁=0,0137м²

4. Найдите площадь обеих ступеней Sобщ:

S=2S₁=0,027м²

5. Измерьте массу своего тела т на весах.

6. Найдите вес своего тела Р (Н). Он равен силе тяжести, которая действует на ваше тело:

Р = F = mg=550Н

7. Найдите давление р (Па), которое вы оказываете на поверхность, на которой стоите:

Практическая значимость нашего исследования заключается в сформулированных способах повышения и понижения давления, которое производит человек (предмет) на поверхность. 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.

1.8 Определение силы рук при выполнении упражнения на перекладине.

Цель: определить силу рук при выполнении упражнения на перекладине.

1. На некоторое время повисните на перекладине в спортивном зале на одной руке, почувствуйте напряжение мышц руки.

2. На весах измерьте массу своего тела т и рассчитайте силу тяжести F_т(H), действующую на него:

F_T = mg=550Н

3. Для определения объема своего тела V_0бщ воспользуйтесь результатом уже выполненной работы. Vтела = 70492,4 см3 = 70,5·10^-3 м³

4. Найдите выталкивающую силу F_A (Н), действующую на ваше тело со стороны воздуха:

где ρ=1,3 кг/м³ - плотность воздуха и покажите, что выталкивающая сила воздуха чуть больше 0,1% действующей на вас силы тяжести, и поэтому fa, как правило, пренебрегают.

5. Найдите силу Fр с которой ваша рука действует на перекладину:

F_p=F_т-F_А=549,084Н

Вывод: сила, с которой рука действует на перекладину приблизительно равна силе тяжести, так как выталкивающая сила воздуха чуть больше 0,1% действующей на нас силы тяжести и поэтому силой Архимеда как правило пренебрегают.

1.9 Определение механической работы при прыжке в высоту.

1. И змерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов. m=55 кг

2. Измерьте высоту Н (м) своей поясницы (приблизительно на этой высоте находится центр тяжести вашего тела). H=1,1м

3. Измерьте высоту планки h(м), которую вы хотите перепрыгнуть. h=0,3 м.

4. Сделайте прыжок и вычислите совершенную вами при этом механическую работу А (Дж) g=10м/с²:

A = mg(h-H)=440 Дж

1.10 Определение средней мощности, развиваемой при беге.

1. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов. m=55 кг

2. Пробежав дистанцию s=60 м, измерьте время t(с), за которое вы преодолели дистанцию. t=13,69 c.

3. С читая движение равноускоренным, вычислите среднюю мощность Nср, развиваемую вами при беге:

=

Вывод: бег на 60 м относится к обязательным нормативам обучающихся, поэтому она требует от спортсмена максимальной скорости, а мощность прямо пропорциональна скорости. Чем больше мощность, тем эффективнее бег.

1.11 Определение средней мощности, развиваемой при приседании.

1. Измерьте высоту своей поясницы Н (м). H=1,1 м

2. Измерьте высоту своего тела h(м) в положении «присев» (центр тяжести тела при этом находится примерно на высоте 0,5 h). h=1, 15 м.

3. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов. m= 55 кг.

4. Сделайте n приседаний за промежуток времени t(с). n=25, t= 30с

5. В ычислите развиваемую мощность N (Вт):

1.12 Измерение мощности, развиваемой при подъеме по лестнице с 1 по 4 этаж

1. Опустив в лестничный пролет грузик на прочном шнуре, сделайте на нем отметку, когда грузик достигнет пола первого этажа. Измерьте высоту лестницы h(м). h=12 м

2. По секундомеру определите время t(с), затраченное вами на подъем по лестнице. t=38 с.

3. Измерьте массу своего тела т (кг). m=55 кг

4. Вычислите мощность N (Вт),развиваемую при подъеме:

2. Громкость звука

Громкость звука определяется амплитудой колебаний тела, которое издает звук. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем звук кажется более громким, но громкость для звуков различных частот будет разной. Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких (около 20 кГц) частот и значительно лучше — звуки средних частот (от 300 Гц до 3000 Гц). Поэтому даже достаточно сильные колебания с низкой или, напротив, с очень высокой частотой, будут казаться нам тихими, а более слабые колебания со средней частотой — громкими.  Это объясняется строением органов слуха человека. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Громкость, равной 120 дБ, называется болевым порогом, когда достигается этот уровень, возникают болевые ощущения. А если влияние такого звука является длительным, то происходит непоправимая потеря слуха слуха. А уровень громкости в 180 дБ является смертельным для человека! Поэтому мы предостерегаем вас от прослушивания звуков с большой громкостью. Если это обусловлено условиями труда (работа на станках, в цехах и др.), обязательно нужно пользоваться специальными защитными наушниками. Не ставьте на максимум громкость в своих наушниках при прослушивании музыки.

Таблица различных источников звука и уровень громкости в дБ:

Шум - это сочетание звуков различных по силе и частоте, способное оказывать воздействие на организм. С физической точки зрения источник шума - это любой процесс, в результате которого происходит изменение давления или возникают колебания в физических средах. На промышленных предприятиях, таких источников может присутствовать великое множество, в зависимости от сложности процесса производства и используемого в нем оборудования. Шум создают все без исключения механизмы и агрегаты, имеющие подвижные части, инструмент, в процессе его использования (в том числе и примитивный ручной инструмент). Кроме производственного, в последнее время все более значимую роль стал играть бытовой шум, весомую долю которого составляет шум транспортный.

Разумеется, шум - это просто один из видов звука. Обычно шум называют «нежелательным звуком», что в известной мере справедливо. Так или иначе, всякий шум - это звук, и, прежде чем пускаться в изучение сложных методов ослабления шума, необходимо как следует понять, что же такое звук вообще.

Шумомер - представляет собой электронное устройство, предназначенное для определения уровня громкости. Шум является совокупностью звуков разной частоты, интенсивности, измеряют его в децибелах. 

Измерители шума нашли широкое применение для решения бытовых задач. Высокоточное измерительное оборудование стоит сравнительно недорого, несложное в эксплуатации. Для активации и использования по назначению прибор достаточно включить. Не требуется выполнения сложных манипуляций по настройке, но с инструкцией все же стоит ознакомиться.

Что измеряет шумомер?

По названию уже понятно, что шумомер измеряет уровень посторонних звуков, шума. Его используют, чтобы определять:

• громкость звучания, издаваемого акустическими системами;

• соответствие рабочих мест нормам при их аттестации;

• уровень шума в любых помещениях, на стройплощадках, производственных объектах;

• качество защищающих от посторонних звуков средств во время их тестирования.

2.1 Таблица измерения по шумомеру через дБ

Название: Измерение громкости бытовых приборов

Вывод: самым шумный будильник оказался электронный.

Вывод: самый шумный прибор оказался фен в разных режимах.

Вывод: самым шумным предметом была стиральная машина и чайник.

Вывод: самое шумное общение было на улице.

Вывод: самое шумное место, где есть транспорт оказалась, около магазина «Наш Дискаунтер»

Вывод: самое шумное мероприятие происходило в начальных классах.

Заключение.

Человек не является объектом изучения физики. Но знать свои параметры, объём и площадь поверхности очень интересно, познавательно и увлекательно. Человек имеет очень сложную конфигурацию, но проведя несложные расчёты с большой точностью можно опре­делить свой объём и площадь поверхности тела. Объём человека необходимо знать для расчета выталкивающей силы, что важно для подводного плавания и воздухоплавания. Так же необходимо учитывать объём, занима­емой человеком в ограниченном пространстве, например, в подводной лодке, в кабине самолёта или салоне автомобиля. Поэтому считаю, что предложенная формула имеет прикладное значение. Эти формулы с успехом можно применять в школе на уроках физики при изучении тем о плотности вещества, при расчётах выталкивающей силы. В этом случае объектом изучения становится конкретный ученик данного класса, что особенно занимательно.

Формулу для нахождения площади поверхности человека с успехом можно использовать на уроках физики для расчёта силы атмосферного давления. Так же эту формулу можно применять в больнице в ожоговом центре для расчёта площади, поражённого ожогом кожного покрова. Рассчитав полную площадь тела пациента, визуально оценив поражённую площадь можно вычислить необходимую площадь кожи для пересадки больному. Считаю, что полученные формулы займут достойное место в арсенале учителей физики и математики, сделают их уроки более занимательными.

Кроме того, с помощью этой работы я оценила особенности своего организма и наметила пути коррекции.

Двигательная нагрузка – необходимое условие нормального роста и развития организма,

Малоподвижный образ жизни вредит здоровью, недостаток движения – причина дряблости и слабости мышц. А это нарушает пропорции человека.

Физические упражнения, труд, игры развивают – работоспособность, выносливость, силу и ловкость человека.

Хочется видеть вокруг себя людей с живым огоньком в глазах, с красивой грациозной походкой, изящной фигурой, доброй сияющей улыбкой на лице и жизнерадостной, открытой душой.

Список литературы

1.http://jonius.ru/bio/kon/bio_9_k/urok31.php

2. www.everyday.com.ua/myplanet/human_param.htm

3Гоциридзе Г.Ш. Практические и лабораторные работы по физике 7- 11 классы. Москва. «Классик стиль». 2002.

4. Https://mypunto.ru/obem-srednestatisticheskogo-cheloveka-raschety-v-metrah-kubicheskih

Приложение

В таблице даны параметры некоторых механических, тепловых и других физических свойств взрослого человека. Приводимые данные являются усредненными и ориентировочными.