XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Узлы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Научно-исследовательская работа
Глава № 1
Теоретическая часть
1. Что такое узел?
В литературе приведено множество определений понятия «узел». Интересен тот факт, что понятие «узел» используется в различных смыслах и в различных сферах нашей жизни. Например, туристический узел, морской узел, радиоузел, узел в электрической цепи, лимфатический узел в нашем организме и т.д. А в математике существует целая теория узлов, но к ней я обращусь только в старших классах.
В своей работе я рассмотрю понятие «узел», как способ соединения веревок и привязывания верёвок к каким-либо предметам.
Итак, что же такое узел?
Узел – это метод для соединения и защиты линейного материала, например, верёвки, при помощи связывания и переплетения. Он может состоять из одного или более кусков, например, веревки, струны, лески, ремня и других деталей, сплетенных в цепь так, что они соединены между собой и/или с объектом-грузом [1].
Узлы - предметы простые и наглядные. Все мы, конечно, встречались с ними в повседневной жизни.
Узлы появились в доисторические времена – вместе с первыми нитками и верёвками. Узлами пользовались первые мореплаватели, ткачи, строители...
Сейчас известно более 700 видов различных узлов.
2. Экскурс в прошлое
Узел – древнейшее изобретение, намного более древнее, чем колесо, и оно настолько привычное, что его трудно назвать изобретением.
По одной из версий происхождение узлов берет свое начало с тех пор, когда у человека впервые возникла мысль прикрепить каменные колеса к осям с помощью виноградной лозы. Самые древние узлы были найдены в Финляндии, они датируются неолитом (поздним каменным веком). Доподлинно известно, что человек каменного века использовал шкотовый узел в строительстве и обустройстве своих жилищ. Древние египтяне создали свои первые веревки и узлы около 3500 лет тому назад, что подтверждается археологическими раскопками. А в Китае знали веревку и узлы в еще более раннем историческом периоде, чем в Египте.
Самые любопытные археологические находки были обнаружены в империи древних инков (индейское племя) в Южной Америке. Инки применяли узлы в своей счетной системе – Кипу (приложение № 1).
Кипу представляет собой сложные веревочные сплетения и узелки из шерсти альпаки или ламы или из хлопка (на языке кечуа khipu означает «узел», «завязывать узлы», «счет»). В одном кипу может быть от нескольких до 2500 нитей разных цветов и размеров[2]. Самое древнее кипу датировано примерно 3000 лет до н.э.
В Древнем Египте и Персии узлы использовали в строительстве мостов и оснастке кораблей. В 480 году до н.э. персидский завоеватель Ксеркс при вторжении в Грецию неожиданно для противника послал свою армию через лодочный мост. Лодки были плотно связаны между собой с помощью огромных размеров веревочных канатов, протянутых от берега к берегу и скрепленных узлами. Землемеры Древнего Египта для построения прямого угла использовали бечёвку с узлами. Бечёвку, разделённую узлами на 12 равных частей, растягивали на земле так, что получался треугольник со сторонами 3, 4 и 5 делений, а угол, противолежащий стороне с 5 делениями, являлся прямым (Приложение № 2).
В течение тысячелетий умением «вязания» и «развязывания» узлов овладевали кружевницы и ткачи, матросы парусных кораблей и любители головоломок. Узлы широко использовались для конструирования ловушек и капканов для охоты, а в быту с успехом заменяли людям замки. Способы вязки узлов постоянно совершенствовались, изменялись материалы, используемые при вязке узлов.
С узлами и их магической силой сопряжено множество самых невероятных преданий и легенд.
Так одной из самых известных легенд является легенда про Гордиев узел.
Гордий - хлебопашец, который стал царем Фригии (древняя страна в Малой Азии). Легенда гласит, что однажды измученный смутой народ Фригии обратился за помощью к оракулу (предсказателю), который сказал, что царем Фригии станет тот, кто первый встретится им едущим на повозке. Выйдя из города, граждане Фригии увидели человека, который ехал на обычной крестьянской повозке, запряженной двумя волами. Это был Гордий. Приняв престол, Гордий выстроил город Гордион, получивший его имя, и поставил в храме повозку, которая привезла его к власти. При этом ярмо опутал сложнейшим узлом (Приложение № 3). Считалось, что человек, сумевший развязать этот узел, будет повелителем мира. Шло время. Минуло около четырехсот лет с тех пор, как Гордий завязал свой узел. Все так же стояла в храме повозка, и нетронут, оставался узел. Легенда отмечает, что Александр Македонский, так и не сумев в одночасье распутать хитрый узел, в 334 году до нашей эры разрубил его мечом. Отсюда и пошло ставшее крылатым выражение «разрубить Гордиев узел», то есть, не задумываясь, разрешить какое-либо трудноразрешимое, запутанное дело.
Прямой узел в народе называли узлом Геркулеса, так как люди считали, что именно Геркулес впервые его завязал. С геркулесовым узлом вообще связано немало поверий, например, что раны заживали значительно быстрее, когда повязки накладывались с применением Геркулесова узла.
В греческих письменных источниках рассказывается о восемнадцати различных видов узлов, используемых в хирургии, однако до настоящего времени, к сожалению, идентифицировать их не представляется возможным.
Узлы играли важную роль в колдовстве и магии. Узлы использовались в ритуалах, обрядах. Как было принято считать, колдуны, ведьмы обладали чудодейственной способностью завязывать ветер в узлы.
На рубеже каменного и бронзового веков выделяется своеобразное искусство вязки узлов и плетений. Появляются особые узлы, имеющие культовое значение.
В древней Руси существовали специальные узлы – «наузы». Считалось, что наузы (Приложение № 4), как обереги, способны предать волшебную силу, охранять от несчастий и даже лечить. От этого слова в дальнейшем возникло название науки об узлах – наузистика.
Рассвет развития ремесла вязания узлов приходится на эпоху распространения парусных судов. Исторически сложилось, что именно моряки стали изобретателями многих узлов. Так или иначе, но способы выполнения узлов различного назначения разработаны и внедрены именно моряками.
Около ста лет тому назад возникла математическая теория узлов, раздел математики – топология. Я обязательно продолжу изучение данной темы в старших классах.
Узлы - элемент человеческой культуры и, конечно же, во всем несут ее отпечаток.
Роль веревочного узла в наше время ничуть не уменьшается, а в отдельных областях профессиональной деятельности – наоборот возрастает. Домохозяйки и альпинисты, и туристы, и другие профессии никогда не обходились и не обойдутся без верёвок и узлов.
3. Назначение узлов
Количество видов узлов велико. Каждый узел имеет свое функциональное назначение.
Все узлы можно разделить на 10 видов по их назначению.
-
Узлы для утолщения веревки (всего основных – 9 шт.): простой, «восьмерка», стопорный, юферсный и другие.
2. Узлы для связывания двух веревок (всего основных – 26 шт.): прямой (бабий, тещин, воровской), академический, рыбацкий (ткацкий), шкотовый, брамшкотовый, встречный, флагманский (встречная восьмерка), грейпвайн и другие.
3. Незатягивающиеся узлы (всего основных – 11 шт.) – привязываются к опоре: простой штык, простой штык со шлангом, рыбацкий штык, (якорный узел), мачтовый штык (выбленочный + 2 штыка) и другие.
4. Затягивающие узлы (всего основных – 23 шт.): коровий (полусхватывающий), выбленочный (без штыков), удавка, схватывающий (прусик и одним концом), Бахмана, австрийский, карабинный, глухая петля.
5. Незатягивающиеся петли (всего основных – 17 шт.): дубовая петля (проводник); флагмандская петля (проводник восьмерка), ездовая петля (срединный проводник), беседочный узел (булинь), двойная восьмерка (заячьи ушки) и другие.
6. Затягивающиеся петли (всего основных – 9 шт.): бегущий простой узел, скользящая восьмерка, затягивающаяся удавка, кандальный узел (неправильный топовый) и другие.
7. Быстро развязывающиеся узлы (всего основных – 14 шт.): развязывающийся простой узел, развязывающийся бегущий простой узел, рифовый узел, двойной рифовый узел, шлюпочный узел, развязывающийся самозатягивающийся узел и другие.
8. Особые морские узлы (всего основных – 14 шт.): гаечный, бочечный, мешочный, сваечный, олимпийский и другие.
9. Узлы для рыболовных снастей (всего основных – 15 шт.): глухой, штыковой, канадская восьмерка, акулий узел и другие.
10. Декоративный узлы (всего основных – 15 шт.): королевский, турецкий, тройной плетеный узел и другие.
Выбор узла для использования в конкретной ситуации должен производиться с учетом:
- применяемости узла на практике;
- безопасности узла;
- легкости вязки узла.
-
Сферы использования узлов
Каждый узел имеет свое назначение и применяется в определенной области человеческой деятельности.
Узлы хозяйственно-бытового назначения используются в повседневной жизни почти каждым человеком.
Существует не мало профессий, связанных с вязкой узлов: моряки, рыбаки, спасатели, строители, пожарные, портные, хирурги и другие. Узлы используются спортсменами: туристами, яхтсменами, альпинистами, спелеологами и другими.
Профессиональные и специальные узлы знают и умеют вязать только те люди, которые обладают той или иной профессией или специальностью.
Узлы в туризме [4, с. 183] .
Для преодоления препятствий (спуски, подъемы, переправы и т.д.) в путешествиях, особенно по горной местности, применяются веревки, карабины, страховочные системы и различные узлы. Каждому туристу важно знать, как вяжется и где применяется тот или иной узел. Узлы можно классифицировать по их назначению.
Узлы для связывания веревок одинакового диаметра: «прямой», «ткацкий», «встречный», «грейпвайн».
Узлы для связывания веревок разного диаметра: «академический», «брам-шкотовый».
Узлы для страховки: «простой проводник», «восьмерка», «серединный австрийский проводник», «двойной проводник».
Узлы для привязывания веревок к опоре: «удавка», «булинь», «стремя».
Вспомогательные узлы: «схватывающий», «стремя».
Узлы в различных сферах.
Узлы в строительстве используются для закрепления строп, при закреплении груза на тросах, для безопасности строителей (страховки для рабочих).
Узлы в хирургии используются при наложении швов во время операции.
На различных производствах используются узлы для скрепления разных конструкций, для безопасности работников и т.д.
Не обойтись без узлов и в текстильной промышленности при изготовлении различных тканевых товаров (одежда, мешки для хранения овощей и т.д.).
Кроме того, узлы используются и в профессиональной сфере, где, казалось бы, не нужны вообще узлы. Так, например, «пьяный» и кандальный узлы (приложение № 5) используются, в основном, для связывания рук человека, и служат в качестве наручников.
В цирковых трюках часто пользуются некоторыми необычными свойствами узлов, удивляя этим зрителей.
Даже в повседневной жизни мы не обходимся без узлов: завязать пакет с продуктами, подшить одежду, если она порвалась, связать или сплести какой-нибудь аксессуар, вытащить автомобиль с помощью троса и тому подобное.
5. Элементы узла
Узел представляет собой двойной либо многократный перехлест двух концов одной основы либо двух концов разных основ, позволяющий скрепить их между собой.
Каждый узел имеет свою структуру, то есть состоит из определенных элементов, выполненных в строгой последовательности. Самые простые узлы имеют всего два элемента, а сложные – более двух элементов.
Основа узла – это любой объект, на котором завязан узел. Это может быть веревка, провод, ремень, тесьма и т.п.
Основными элементами узла являются: перехлест, петля открытая, петля закрытая, обнос, штык, полуштык и другие (Приложение № 6).
Полуузел – одинарный перехлест двух разных концов одной и той же основы или двух концов разных основ.
Коренной конец основы – конец основы, закрепленный неподвижно или удерживаемый при завязывании узла.
Ходовой конец основы - незакреплённый, свободный конец верёвки, который движется при вязке узла.
Открытая петля - это изгиб веревки или шнура, где оба конца остаются свободными. Это означает, что веревка не закреплена и может быть использована для различных целей.
Петля закрытая – петля, образованная ходовым или коренным концом основы таким образом, что основа перекрещивается сама с собой.
Обнос - обхват основой какого-либо предмета (столба, бревна, крюка и т.п.), выполненный таким образом, что оба конца основы не перекрещиваются.
Шлаг - оборот основы вокруг какого-либо предмета на 360 градусов, в результате чего конец основы направлен в противоположную сторону.
Полуштык - обнос основой какого-либо предмета с последующим перекрещиванием ею своего конца под прямым углом, без пропускания конца в образующуюся закрытую петлю.
По структуре узла можно судить о сложности его завязывания: чем больше элементов входит в состав узла, тем сложнее узел. Однако некоторые узлы, состоящие из большого числа элементов, на самом деле имеют простой способ вязки. Например, затягивающаяся удавка (Приложение № 7) состоит из 6 элементов, но завязать ее не трудно. И наоборот, встречаются узлы, которые содержат в своем составе немного элементов, но их трудно завязать. К таким узлам относятся, например, «пьяный» узлы (состоит из 4 элементов) (приложение № 5).
Поэтому сложность вязки узла зависит не только от его структуры, но и от способа его вязки.
Некоторые виды узлов и петель имеют конструктивные особенности – к примеру, своеобразный способ крепления ходового конца основы. Так, узел «штык» (приложение № 8) характеризуется особым способом закрепления ходового конца основы – он скрепляется с коренным концом дополнительной веревкой. Петля имеет на ходовом конце дополнительный узел, который не позволяет ему выскользнуть из петли.
Все быстро развязывающиеся узлы снабжены дополнительным элементом, обеспечивающим их быстрое развязывание.
По способу закрепления ходового конца или других конструктивных элементов можно определить наличие у исполнителя узла профессиональных или специальных навыков закрепления концов веревки.
-
Некоторые виды узлов
Люди придумали много хороших узлов, но чаще мы знаем не больше двух, да и то не самые надежные.
Благодаря своей работе я познакомились со многими узлами.
Вот некоторые из них.
Простой узел - стопорный временный бытовой узел, который утолщает конец верёвки. Это самый компактный из узлов, но его трудно развязывать. Является основой многих узлов (Приложение № 9).
Прямой (рифовый) узел - узел для связывания шнурков или тросов. Состоит из пары полуузлов, завязанных один над другим в разные стороны. Достаточно надёжен (Приложение № 10).
Бабий узел - связывающий временный узел, часто применяемый в быту для связывания вместе двух концов косынки. Является широко распространённым, но при этом — крайне ненадёжным узлом. Полагают, что своё название этот узел получил в связи с тем, что испокон веков женщины завязывали им концы головного платка [1] (Приложение № 11).
Коровий узел - бытовой крепёжный полусхватывающий узел. Является затягивающимся узлом. Издавна этот узел применяли на кораблях. На берегу, помимо того, что этим узлом действительно привязывают к колу коров (а также и коз), его применяют при натягивании веревки для ограждений (Приложение № 12).
Кровавый узел - простой узел с дополнительными полуузлами. Может иметь 2-9 шлагов. Именно со времен парусного флота у моряков многих стран закрепилось такое название, которое связано с достаточно распространенным в ту пору на флоте наказанием – избиением провинившихся матросов многохвостой плетью (Приложение № 13).
Дубовый узел - простой узел, завязываемый двумя концами отдельных верёвок. Преимущественно применяется для соединения верёвок (Приложение № 14).
Эшафотный узел (висельная петля) – этот узел является одной из самых прочных и надёжных самозатягивающихся петель. Основа - прилегающие друг к другу витки веревки, которые обеспечивают хорошие скользяще-захватывающие свойства (Приложение № 15).
Хирургический узел - связывающий ткани тела узел, которым стягивают края разреза кожи (мышцы, сосуда) и связывают вместе концы нити. Представляет собой изменённый прямой узел, где первый полуузел делают в 2 оборота. Применяют в хирургической практике, где важны прочность и свойство не развязываться (Приложение № 16).
6.Интересные факты об узлах
Самой полной книгой об узлах с 1944 года является «Книга узлов Эшли», написанная американским художником, писателем и моряком Клиффордом Эшли, работавшим над книгой более 11 лет. В «Книге узлов Эшли» более 630 страниц. Она содержит более 7000 рисунков и 3854 записи о более чем о 3800 узлах. Описаны рисунки каждого из узлов, кто использует их, кто их придумал и как их завязывать. Помимо этого, в своей книге Клиффорд Эшли опубликовал 2 изобретённых им узла [1].
Интересен тот факт, что узлы могут содержать информацию о развитии двигательных навыков правой и левой рук человека, который их завязывал. Установление этого свойства исполнителя узла важно как для осуществления розыска преступника, так и для классификации узла. При обнаружении узлов обязательно назначается экспертиза. Предметом экспертизы являются установление свойств человека по способу завязывания им узлов, определение навыков человека, является ли он правшой или левшой и других признаков.
Другой интересный факт я узнала о хирургическом узле. Оказывается, что опытный хирург может завязать хирургический узел одной рукой. Забавно, что медики называют этот узел «морским», а моряки же именуют его «хирургическим».
Теперь о рекордах.
Согласно «Книги рекордов Гиннеса» с 1977 года чемпионом по вязке узлов является Клинтон Бэйли, из США, на соревнованиях по вязке узлов он за 8,1 сек. завязал 6 разных узлов: шкотовый, прямой, «баранья нога», стремя, булинь и штык со шлагом.
В Объединенных Арабских Эмиратах в 209 году зафиксирован еще один рекорд, который занесен в «Книгу рекордов Гиннеса». Халид Абдул Азиз Аль-Хусари за 1 минуту завязал бантиком 31 обувной шнурок.
В Книгу рекордов России занесен рекорд на наибольшее количество морских узлов. Рекордсменом в 2017 году стал Полунин Алексей, который завязал 10 морских узлов за 3 минуты.
Глава № 2
Практическая часть
1. Эксперимент
В процессе разработки практической части моей исследовательской работы я решила провести небольшой эксперимент среди своих одноклассников.
Я раздала одноклассникам и моему классному руководителю верёвки с двумя завязанными на них узлами (кровавый и простой узлы). Задача участников эксперимента была развязать данные узлы на время. В эксперименте участвовали 14 человек.
Итак, рассмотрим результаты моего эксперимента (приложение № 17).
Самый усердный и терпеливый участник эксперимента развязал предложенные ему узлы за 93 сек. Самый скоростной результат моего эксперимента составил 27 сек. Вместе с тем, 4 участника эксперимента не стали проходить испытание до конца.
В другой части моего эксперимента я раздала своим одноклассникам верёвки и попросила их завязать любой узел.
Из источников литературы я узнала, что 90 % людей, не особо опытны в вязке узлов. В лучшем случае многие люди знают не более трех узлов и могут связать шнурки ботинок, бант и галстук. Но прочно связать концы двух веревок, закрепить веревку к дереву или столбу, сделать затягивающуюся петлю не сумеют.
Я решила проверить эту теорию на практике.
В данной части эксперимента участвовали 30 человек.
Из таблицы результатов моего эксперимента видно, что 27 человек из 30 участников завязали простой узел. Лишь 3 учащихся завязали другие виды узлов (Приложение № 18). Я идентифицировала данные узлы, как кровавый, рифовый (прямой).
В результате своего эксперимента я могу сделать выводы:
-
чтобы развязать крепкий узел, потребуется огромное терпение,
-
любой, даже очень сложный узел может быть развязан;
-
большинство моих одноклассников знают небольшое количество видов узлов.
-
Моделирование
Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов [1].
Во втором этапе практической части моей работы я создала панно с узлами, научилась показывать фокус с узлами, завязывать мужской галстук.
Теперь подробнее о составляющих моей практической части.
Для создания панно я использовала 2 шнура, супер клей, бумага, фоторамка. На панно представлены модели 10 узлов: простой, бабий, восьмерка, рифовый (прямой), кровавый, хирургический, коровий, эшафотный (висельная петля), плоский, штыковой.
Фокус с верёвкой: два человека соединены зацепленными веревками, как это показано на рисунке (Приложение № 19). Произведя некоторые манипуляции с веревкой, можно освободить людей от связки, для этого нужно середину веревки, которой связаны руки одного из участников, пропустить изнутри под кольцо, образованное веревкой на запястии другого участника, перетягивая через руку, а затем пропустить обратно под кольцом.
Галстук считается классическим мужским аксессуаром, но в настоящее время все больше и больше представительниц женского пола носят галстуки. Я научилась завязывать асимметричный галстучный узел «Полувиндзор». Способ завязывания: положить широкий конец галстука на узкий и направить его вправо, провести широкий конец под узким справа налево, протянуть широкий конец вверх, протянуть широкий конец через шейную петлю вниз и вправо, перекинуть широкий конец через узкий влево, провести широкий конец через шейную петлю вверх, протянуть широкий конец через образовавшуюся петлю, аккуратно затянуть узел, расправить его и подтянуть вверх (Приложение № 20).
Кроме того, я разработала буклет узлов, которые, возможно, пригодятся каждому из нас (Приложение № 21). В буклете представлены схемы вязки нескольких узлов.
Заключение
Проведенная мной исследовательская работа дала мне много знаний об узлах, их видах, об истории их происхождения.
Во время своей работы по проекту я узнала много новой для себя информации, научилась завязывать несколько видов узлов на верёвке и галстучный узел.
Практическая часть моей работы прошла успешно, все задачи выполнены. Важность работы доказана.
В результате исследования выяснилось, что в повседневной жизни трудно обойтись без узлов, поэтому навык и умение вязать узлы крайне важен и для каждого человека.
Источники информации
-
Интернет-ресурс Википедия;
-
Интернет-сайт «Элементы»;
-
Узлы в школе. Уроки развития пространственного мышления. Авт. Розов Н. Х., Рейхани Э., Боровских А. В., 2006 г., изд. ЧеРо;
-
Туристские узлы: Методическое пособие для участников туристских походов и соревнований по технике туризма (ТМ). – Новосибирск: НО ТССР, 2003;
-
Морские узлы. Авт. Скрягин Л.Н. 3-е изд., доп. - М.: Транспорт, 1994;
-
Узлы. Техника вязания и применение. Сост. Кальман Г.В. - М.: ООО "ВСВ-Сфинкс", 1997;
-
Энциклопедия туриста / Редкол.: Е.И. Тамм (гл. ред.), А.Х. Абуков, Ю.А. Александров и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1993.
Приложение
№ 1 № 2
№ 3 № 4
№ 5 № 6
№ 7 № 8
№ 9 № 10
№ 11 № 12
№ 13
№ 14 № 15
№ 16
№ 17
№ 18
№ 19 № 20
№ 21