III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ОТ СИЛ ДАВЛЕНИЯ И ОТ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ, НА КОТОРУЮ ДЕЙСТВУЕТ СИЛА ДАВЛЕНИЯ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность: Ежедневно в повседневной жизни мы встречаемся с таким понятием как «давление». Мы слышим это слово дома, в школе, из средств массовых информаций и из учебников. Однако, разные источники сообщают нам о разном давлении: синоптики говорят об атмосферном давлении, врачи – об артериальном, работники коммунальных служб заботятся о давлении воды в трубах и так далее. Моя исследовательская работа направлена на то, чтобы углубить полученные на уроке знания о давлении твердых тел. Я проведу собственные эксперименты и постараюсь выяснить, как зависит давление от площади соприкасающихся поверхностей и как высота каблука влияет на здоровье человека.
Гипотеза: Давление твердых тел зависит от силы давления и от площади поверхности, на которую действует данная сила. Это также оказывает влияние и на здоровье человека.
Объект исследования: Давление твердых тел.
Цель: исследовать зависимость давления от площади поверхности, на которую действует сила давления.
Задачи:
1. Расширить знания по теме давления твердых тел.
2.Исследовать зависимость давления от площади соприкасающихся поверхностей.
3. Выяснить, как высота каблука влияет на наше здоровье.
Методы исследования:
- эмпирические;
- математические;
- информационного поисковые;
- наблюдение.
1. Понятие давления
Когда какое-либо тело стоит на опоре, оно своим весом действует на нее. Но имеет ли значение, как именно расположить это тело на опоре? Положить его большей или меньшей гранью? В быту, если мы попробуем нарезать хлеб двумя разными ножами, то при одной и той же силе, которую мы будем прикладывать к каждому ножу, может получиться разный результат? Но почему один нож больше ломает хлеб, а другой режет идеально? Конечно же, все дело в качестве заточки режущей части лезвия этих ножей. Чем тоньше режущая кромка, тем нож лучше режет. Что это значит? А то, что в обоих случаях мы оказываем одну и ту же силу, но результат действия этой силы – разный. Все дело в площади, по которой была распределена эта сила.
Каждый из вас может привести огромное количество примеров из собственного жизненного опыта, когда изменение площади, по которой распределена одна и та же сила, приводит к тому, что результат действия этой силы оказывается различным.
Исходя из рассмотренных примеров, можно сделать вывод, что результат действия силы на некоторую поверхность зависит не только от самих этих величин, но и от их отношения. Это отношение называется давлением.
Давление – физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно некоторой поверхности, к площади этой поверхности.
Сила, действующая перпендикулярно некоторой поверхности, называется силой давления.
,
где p – давление, F – сила, действующая на поверхность, S – площадь поверхности.
Единица давления – ньютон на квадратный метр .
Эта единица давления имеет особое название - паскаль (Па) в честь французского ученого Блеза Паскаля. Таким образом,
2. Проведение эксперимента
В своей работе я решила рассчитать давление, которое оказывает моя мама при ходьбе и стоя на месте [1]. Для этого я выбрала несколько пар ее обуви с разной площадью подошв и высотой каблука (приложение 1).
Мое исследование основано на задании из учебника физики А. В. Перышкина 7 класса. В нем, зная свою массу и площадь подошвы ботинка, мы смогли рассчитать, какое давление мы производим при ходьбе и стоя на месте. Массу мы измеряли с помощью весов, а площадь опоры ботинка определяли следующим образом. Поставив ногу на лист клетчатой бумаги, мы обвели контур той части подошвы, на которую опирается нога. Сосчитали число полных квадратиков, попавших внутрь контура, и прибавили половину числа неполных квадратиков, через которые прошла линия контура. Полученное число умножили на площадь одного квадратика () и нашли площадь подошвы (приложение 2) [3]. Далее, пользуясь формулой описанной в п.1 мы получили результат.
Список обуви:
1. Кроссовки на плоской подошве: (приложение 3);
2. Туфли на платформе высотой 8 см (приложение 4);
3. Туфли на шпильке высотой 11см (приложение 5).
Масса мамы оказалась равной 62 кг, а следовательно сила тяжести во всех трех экспериментах составила 620 Н.
|
Вид обуви |
Площадь подошвы, м2 |
Давление производимое при ходьбе, кПа |
Давление производимое стоя на месте, кПа |
|
Кроссовки |
0,0129 |
32 |
16 |
|
Туфли на платформе |
0,0109 |
56 |
28 |
|
Шпилька |
0,0068 |
91 |
45 |
3. Отрицательные факторы влияния высоких каблуков
на здоровье человека
Возникает перегруз стопы, её передней части, так как основной вес туловища приходиться удерживать пальцам, как результат может развиться плоскостопие, если в подростковом возрасте начать носить высокий каблук.
Очень быстро устают ноги и болят, со временем может деформироваться стопа, за счет разрастания косточки наружу у основания большого пальца стопы, что так же может привести к развитию плоскостопия со временем.
Работа мышц ног не естественная, за счет того, что женщина как бы постоянно «ходит на цыпочках», икроножная мышца перенапрягается, это ведет к укорочению ахиллова сухожилия. Ноги отекают и болят, могут появиться спазмы и судороги. Увеличивается нагрузка на коленный сустав, со временем это может привести к развитию артрита (воспаление сустава).
Смещается центр тяжести, походка на высоких каблуках заставляет женщину как бы откидываться назад и удерживать равновесие, осанка благодаря этому становиться «царственной». За счет этого позвоночник сильно прогибается в пояснице, и возникает неравномерная нагрузка на межпозвоночные диски, это является поводом для консультации у невропатолога, так как у женщины могут появиться боли в области поясницы.
Повышен риск травм и аварий. Дама на высоком каблуке рискует гораздо чаще повернуть или сломать ногу. Так же виновником аварии на дороге, часто является женщина, которая носит обувь на высоком ходу.
Возникновение плоскостопия. Плоскостопие можно выявить следующим образом. Обильно смажьте жирным кремом поверхность стопы. Встаньте на белый лист бумаги. Лучше смазать сразу обе стопы, чтобы можно было стоять прямо, ни на что не опираясь. Только в этом случае вы получите объективный результат. Образовавшиеся отпечатки внимательно изучите (приложение 6).
Заключение
В результате моего исследования я выяснила, что результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует. А именно, чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору. Давление, оказываемое на стопу в обуви на высокой шпильке высотой 11 см, почти в три раза превышает давление, оказываемое на стопу в обуви на плоской подошве и сравнимо с давлением, которое оказывает гусеничный трактор на почву. По расчетам ученых при ходьбе это давление еще увеличивается более чем в два раза!!!
Я выяснила, что чем тоньше и изящнее высокий каблук, тем менее устойчива, становится опора, а обувь опасна для ежедневного использования. Для повседневной жизни надо выбирать обувь на низком каблуке высотой около двух-трех сантиметров. Желательно в течение дня давать ногам отдохнуть, меняя обувь или выполняя массаж стоп, чтобы стимулировать кровообращение.
В общем, обувь на высоком каблуке – это, конечно же, очень красиво, но если вы желаете как можно дольше сохранить свое здоровье, не стоит ей злоупотреблять. Старайтесь носить такую обувь только по торжественным случаям, а для ежедневного ношения используйте удобные и простые модели подобранные по размеру.
Список литературы
1.Большая книга экспериментов для школьников. – М.: Росмэн, 2009. – 264 с.
2. Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Давление.
3. Перышкин А.В. Физика: 7 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / А.В. Перышкин. - 16-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2013. – 192 с.: ил.
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6