XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Физика братьев-близнецов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривонос К.С. 1Кривонос М.С. 1

---

1ГБОУ "Специализированная школа №35 городского округа Донецк"Донецкой Народной Республики

Кучеренко М.В. 1

---

1ГБОУ "Специализированная школа №35 городского округа Донецк"Донецкой Народной Республики

Работа в формате PDF

475.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Родился ребенок – это большая радость в семье, а если двое, да еще и одинаковых – это чудо. Близнецы кажутся чем-то невероятным для обычного сознания, вызывают интерес окружающих. Ведь это действительно редкое явление, близнецы составляют лишь 2% всех новорожденных. Дети-близнецы всегда интересны науке – гемеллологии. Она изучает взаимодействие между близнецами, их влияние друг на друга, формирование общих черт и интересов.

Мы с братом-близнецом очень похожи внешне – «двое из ларца, одинаковы с лица». Только мама могла нас различать в младшем возрасте. Становясь с каждым годом старше, мы меняемся не только внешне. Начав изучать новый предмет «Физика», мы познакомились с интересными темами «Давление твердых тел», «Рычаги», «Архимедова сила» и другие, решили себя исследовать, как физическое тело.

Изучение своего тела с точки зрения физики очень важно для человека: механика тела помогает понять принципы работы организма (повышать эффективность действий, предотвращать травмы и заболевания опорно-двигательного аппарата, улучшать спортивные достижения и т.п.); знание количества теплоты, выделяемое телом в окружающую среду, позволяет прогнозировать изменения температуры тела и окружающей среды, разрабатывать меры для поддержания оптимального микроклимата (для поддержания теплового баланса и обеспечения комфортных условий для жизнедеятельности); изучая давление, оказываемое телом человека на поверхность, позволяет оптимизировать работу в различных сферах (в быту, на производстве и научных экспериментах) и многое другое. В этом и состоит актуальность выбранной темы.

Целью моей работы стало изучить организмы братьев-близнецов как физические тела, установить сходства и различия организмов.

Для достижения этой цели я должен решить следующие задачи:

1. Изучить и проанализировать научную и популярную литературу по исследуемой теме.

2. Провести экспериментальные исследования организмов братьев-близнецов

3. Сделать вывод по полученным результатам.

Объект исследования: тела братьев-близнецов.

Предмет исследования: процесс теплопередачи, рычаги в теле, объем, рост братьев.

Гипотеза: близнецы похожи внешне, имеют отличные успехи в учении, но есть различия в особенностях организма.

Методы исследования: изучение литературы, анализ, проведение экспериментов их пояснение, обобщение.

2. Основная часть.

   1. Изучение и анализ информации о близнецах – мифы и легенды, известные современники.

На ранних этапах развития человечества рождение близнецов вызывало восхищение и служило источником множества мифов и легенд. Близнецам приписывались сверхъестественные способности, их считали либо причиной несчастий, либо предвестниками событий в природе и жизни, которых боялись и ждали. Мифы и легенды передавались из поколения в поколения. Часто отмечалось различие между близнецами: один олицетворял добро, а другой – зло. Во многих религиях боги изображались близнецами.

В античной мифологии часто встречаются подкинутые близнецы, вскормленные животными и спасенные людьми. Самыми известными из них являются Ромул и Рем, сыновья бога войны Марса. Ветхий завет также содержит сведения о близнецах. Исав и Иаков, сыновья Исаака и Ревекки, изображены как символические образы охотника и оседлого скотовода с различными характерами, соответствующими их образу жизни. Многочисленные доказательства самых различных форм культа близнецов у исторически слабо развитых народностей были получены при этнографических исследованиях и в нашем веке. Из специальной литературы известно, что близнецы в жизни и в обычаях первобытных племен на всех континентах играли или продолжают еще и сегодня играть определенную магическую роль. [1]

Изучать близнецов методом сравнения попытался английский ученый Фрэнсис Гальтон еще в 1876 году.

В современном мире наука о близнецах изучает особенности развития и генетического сходства между ними. Близнецы делятся на два основных типа: монозиготные (идентичные) и дизиготные (гетерозиготные). Это все данные из области биологии. Нас интересуют близнецы в области физики.

Известными близнецами-братьями в нашей стране стали Александр и Дмитрий Квашнины – ученые-физики. Любовь к физике им привил дедушка. Оба брата окончили бакалавриат Сибирского федерального университета с красными дипломами и продолжили обучение в магистратуре МФТИ, которую также окончили с отличием. Затем защитили кандидатские диссертации в области физико-математических наук. Александр разработал новый тугоплавкий материал для электрических и механических компонентов, работающих в экстремальных условиях. Дмитрий предложил технологию синтеза карбида гафния-тантал – еще одного тугоплавкого материала для покрытия электрических и механических компонентов, работающих в экстремальных условиях. [2]

2. 2. Экспериментальное исследование особенностей организма близнецов.

Эксперимент 1

Цель: определение роста человека с помощью часов.

Оборудование: стел, стол, штатив с кольцом, шарик на нити, секундомер.

Ход эксперимента.

1. Привязать шарик к нити. Попросить брата отмерить такую длину нити, чтобы она была равна моему росту. Для этого на свободном конце нити сделать в нужном месте метку (например, узелок).

3. На стол поставить стул, а на стул – штатив с кольцом (или придумайте сами! установку, похожую на рисунке1 приложения 1).

4. К кольцу привязать нить так, чтобы точка подвеса совпадала с меткой (тогда длина нити будет равна твоему росту), - нужной длины математический маятник изготовлен.

5. Отклонить маятник от положения равновесия на 5-10 см в сторону и отпустить.

6. Измерить время 20-ти полных колебаний с помощью секундомера в телефоне.

Все данные измерений и вычислений представлены в таблице 1 приложения 2. При вычислении роста каждого из мальчиков использовали физические формулы (учтем, что рост равен длине нити):

Т = = , Т = 2 , гдеl – длина нити, g = 9,8 м/с².

Вывод: По данным эксперимента установлено, что рост братьев отличается на 1 см.

Эксперимент 2

Цель: определение количества теплоты, отдаваемого организмом человека в окружающую среду.

Оборудование: напольные весы, термометр.

Ход эксперимента.

1. Найти массу m собственного тела, используя напольные весы.

2. Повторить измерения массы m не менее 3 раз, не меняя условий опыта, и найти среднее значение массы m_ср как среднее арифметическое.

3. Измерить t_в – температуру воздуха и t _тела - температуру вашего тела (температура в комнате для обоих мальчиков одинаковая)

4. Все измерения и вычисления представлены в таблице 2 приложения 3.

1. Для вычисления количества теплоты, выделяемое организмом каждого мальчика, использовали формулу: Q = c·m·(t_тела – t_{воздуха}) [3]

Вывод: Кирилл выделяет в окружающую среду на 8,1 кДж тепла больше своего брата-близнеца, т.к. масса тела и его температура больше, чем у Михаила.

Эксперимент 3

Цель: зная массу своего тела (из предыдущих экспериментов) и зная молярную массу вещества человеческого тела (М = 20 г\моль), рассчитать число молекул в собственном теле.

Мы приняли молярную массу вещества человеческого тела М = 20 г/моль, рассчитали количество вещества по формуле: v= . Количество молекул в теле брата определялось по формуле N = v· N_A, где N_A = 6,02·10²³ . [4]

Результаты измерений и вычислений представлены в таблице 3 приложения 4.

Вывод: в теле Кирилла содержится большее количество молекул, чем у Михаила.

Эксперимент 4

Цель: определениеобъема и плотности тела братьев-близнецов.

Оборудование: ванна, трехлитровая банка, цветной скотч.

Ход эксперимента.

1. Отметить скотчем на стенке трехлитровой банки объем воды, равный 3 л.

2. Наполнить ванну водой от 51 л до 60 л, отмечая на ее стенке отметки 12л. 18л и т.д.

3. Погрузить свое тело в ванну полностью, отметить установившийся уровень воды скотчем.

4. Сделать отметку уровня воды на стенке ванны после выхода из ванны.

5. С помощью трехлитровой банки долить воду до нового уровня, считая объем добавленной воды. Он и будет равен объему погруженного тела.

Результаты вычислений представлены в таблице 4 приложением 5.

Определение плотности тела каждого из братьев проведено по формуле из курса физики 7 класса [5]

Вывод: Объем тела у Кирилла больше, чем у Михаила, а плотность тела, наоборот. Над этим стоит еще поразмыслить, каковы причины.

Эксперимент 5

Цель: определение давления, оказываемое на пол братьями.

Оборудование: листик в клеточку, карандаш.

Ход эксперимента.

1. Обвести ногу в обуви на листике в клеточку (приложение 6 рис.2).

2. Определить площадь стопы с помощью метода палеток. [6]

3. Рассчитать давление, которое оказываете на пол, используя данные предыдущих экспериментов и формулу р = =

Данные измерений и вычислений занесены в таблицу 5 приложения 6.

Вычисления:

Кирилл - площадь стопы S = (N полных + Nнецелых) · S₁ = (747 + ) · 0,25 см² = (747 + 36) · 0,25 см² = 783 · 0,25 см² = 195,75 см². Давление на пол: р = = = = 27535,122 Па ≈ 27,5кПа

Михаил - площадь стопы S = (N полных + Nнецелых) · S₁ = (747 + ) · 0,25 см² = (747 + 36) · 0,25 см² = 783 · 0,25 см² = 195,75 см². Давление на пол: р = = = = 26633,972 Па ≈ 26,6кПа.

Вывод: Площадь опоры у братьев одинаковая.Вес Кирилла больше, давление, оказываемое на пол этим братом, больше, чем давление Михаила на пол.

Эксперимент 6/1

Цель: определение дыхательного объёма лёгких братьев-близнецов.

Оборудование: воздушный шарик, измерительная лента или нить и ученическая линейка.

Ход эксперимента.

1. Надуйте воздушный шарик за 5 спокойных выдохов.

2. С помощью измерительной ленты или нити и линейки измерьте длину большой окружности шарика.

3. Опыт повторите три раза и рассчитайте . Результат округлите до целых значений.

4. Объём шара (1).

Длина большой окружности шарика = 2∙π∙R = π∙D , откуда (2), подставим формулу (2) в (1), получим (см³) (3).

5. Рассчитайте объём шарика по формуле (3). Результат округлите до целых значений.

6. Вычислите дыхательный объём своих лёгких по формуле (см³).

В приложении 7 представлены таблицы результатов эксперимента каждого из братьев.

Вывод: объем легких у Михаила больше, чем у брата.

Эксперимент 6/2

Цель: определение жизненной емкости лёгких братьев-близнецов.

Оборудование: воздушный шарик, измерительная лента или нить и ученическая линейка.

Жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ) – наибольший объём воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. ЖЕЛ зависит от пола (у мужчин больше), роста, возраста, веса, степени тренированности (у спортсменов больше).

Ход эксперимента.

1. Не отнимая воздушный шарик ото рта, сделать глубокий вдох через нос и максимальный выдох через рот в шарик. Повторить опыт три раза, определив среднюю длину большой окружности шарика . Результат округлите до целых значений.

2. Рассчитать жизненную ёмкость лёгких (см³).

Вывод: Результаты эксперимента, представленные в приложении 7, показывают, что жизненный объем легких у Михаила больше, чем у брата.

Эксперимент 7

Цель: проверка условия равновесия рычага и «золотого» правила механики на примере руки братьев.

Ход эксперимента.

1. Рассмотреть собственную руку.

Локоть – точка опоры этого рычага. Одна из сил F₂приложена к ладони. Плечо этой силы r₂ – расстояние от локтя примерно до середины ладони. Вторая сила F₁ – это сила напряжения бицепса, который прикреплен к рычагу совсем недалеко от локтя. Плечо второй силы r₁намного меньше плеча первой. (Рис.

2. Измерить плечи сил на собственной конечности. Место соединения бицепса и кости-рычага хорошо прощупывается, и оценить расстояние от локтя до этого места. Сила мышц руки для удержания в равновесии гантели из условия равновесия рычага показана на схеме. Нарисовать на руке точку приложения силы F₁

3. Поднятье гантели, не отрывая локоть от стола, измерить расстояние от стола до отмеченной на руке точке S₁ (это путь пройденный мышцей), от стола до поднятой гантели S₂.

При проверке условия равновесия рычага использовали формулу = а исследуя «золотое» правило механики - =

Вывод: Результаты измерений и вычислений таблицы 7 приложения 8 подтверждают выполнимость условия равновесия рычага. Руку можно рассматривать как рычаг: поднимая гирю весом 4,9 Н, у Кирилла сила бицепса 45,3 Н (примерно в 9 раз способность бицепса совершать какие-либо силовые действия). У Михаила – 37,2 Н, что в 7,6 раза больше поднятого груза). Получая выигрыш в силе, проигрываем в расстоянии. Точка приложения силы бицепса понимается на меньшее расстояние, чем точка приложения веса гантели. Отклонения в результатах сравнения отношений приложенных сил и расстояний связано с затруднением при определении точки приложения силы бицепса.

3аключение

Работая над темой своего исследовательского проекта, мы многое узнали о своем теле с физической точки зрения. Мы – братья-близнецы, внешне похожи, но в то же время у нас есть отличия. Своими исследованиями мы это доказали. Но еще очень многое нами неизвестно, поэтому исследования самих себя будут продолжены.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный нами материал можно использовать на уроках физики, ОБЖ.

Список использованных источников и литературы

1. https://medbookaide.ru/books/fold9001/book2020/p3.php

2. https://наука.рф/video/navigator-po-nauke-aleksandr-i-dmitriy-kvashniny/]

3. Перышкин И.М. Физика 8 класс : учебник/ И.М.Перышкин, А.И.Иванов. – 2-е изд. Стереотипное – Москва : Просвещение, 2022. – 255с.

4. Мякишев Г.Я. Физика. Базовый уровень 10 класс: учебник/ Г.Я. Мякишев, М.А. Петрова, С.В. Степанов и др. -3-е изд., стереотип. – М.: Просвещение. 2021.-399 с.

5. Перышкин И.М. Физика 7 класс : учебник/ И.М.Перышкин, А.И.Иванов. – 2-е изд. стереотипное – Москва : Просвещение, 2022. – 240с.

6. https://resh.edu.ru/subject/lesson/4577/conspect/214364/

Приложение 1

Рис.1 Установка эксперимента 1	Проведение эксперимента 1 Кириллом	Проведение эксперимента 1 Михаилом

Приложение 2

Таблица 1 Результаты эксперимента 1

Приложение 3

Таблица 2 Результаты эксперимента 2

Приложение 4

Таблица 3 Результаты эксперимента 3

Приложение 5

Таблица 4 Результаты эксперимента 4

Приложение 6

Таблица 5 Результаты эксперимента 5

Приложение 7

Таблица 6(а) Результаты эксперимента 6/1 (Кирилл)

Таблица 6(б) Результаты эксперимента 6/1 (Михаил)

Таблица 6(в) Результаты эксперимента 6/2 (экспериментальный метод, Кирилл)

Таблица 6(в) Результаты эксперимента 6/2 (экспериментальный метод, Михаил)

Приложение 8

Ри.3.1.	Рис.3.2.

Таблица 7. Результаты эксперимента 7