Чтобы оценить эксплуатационные свойства изделий и определить физические и механические характеристики материалов, используются различные инструкции, ГОСТы и другие регламентирующие и рекомендательные документы. Рекомендуются и методы испытаний на разрушение целой серии изделий или однотипных образцов материала. Это не слишком экономичный метод, но эффективный.
Определение характеристик
Основные характеристики механических свойств материалов следующие.
1. Временное сопротивление или предел прочности - та сила напряжения, которая зафиксирована при наибольшей нагрузке перед разрушением образца. Механические характеристики прочности и пластичности материалов описывают свойства твёрдых тел сопротивляться необратимым изменениям формы и разрушению под влиянием внешних нагрузок.
2. Условным называется напряжение, когда остаточная деформация достигнет 0,2% длины образца. Это наименьшее напряжение в то время, как образец продолжает деформироваться без заметного увеличения нагрузок.
3. Пределом длительной прочности называют наибольшее напряжение, при данной температуре вызывающее в течение определённого времени разрушение образца. Определение механических характеристик материалов ориентируется на предельные единицы длительной прочности - разрушение происходит при 7 000 градусах по Цельсию за 100 часов.
4. Условным пределом ползучести называется напряжение, вызывающее при данной температуре за определённое время в образце заданное удлинение, а также скорость ползучести. Пределом считается деформация металла за 100 часов при 7 000 градусах по Цельсию на 0,2%. Ползучестью называется определённая скорость деформации металлов при постоянном нагружении и высокой температуре в течение длительного времени. Жаропрочность - это сопротивление материала разрушению и ползучести.
5. Пределом выносливости называют наибольшее значение напряжения цикла, когда усталостного разрушения не происходит. Число циклов нагружения может быть заданное или произвольное, в зависимости от того, как запланированы механические испытания материалов. Механические характеристики включают в себя усталость и выносливость материала. Под действием нагрузок в цикле накапливаются повреждения, образуются трещины, приводящие к разрушению. Это усталость. А свойство сопротивления усталости - выносливость.
Растяжение и сжатие
Материалы, которые применяются в инженерной практике, разделяются на две группы. Первая - пластичные, для разрушения которых должны появиться значительные остаточные деформации, вторая - хрупкие, разрушающиеся при очень малых деформациях. Естественно, такое деление весьма условно, потому что каждый материал в зависимости от создаваемых условий может повести себя и как хрупкий, и как пластичный. Это зависит от характера состояния напряжения, от температуры, от скорости деформирования и других факторов.
Механические характеристики материалов при растяжении и сжатии красноречивы и у пластичных, и у хрупких. Например, малоуглеродистую сталь испытывают растяжением, а чугун - сжатием. Чугун - хрупкий, сталь - пластична. Хрупкие материалы имеют большую сопротивляемость при сжатии, при деформации растяжения - хуже. Пластичные имеют примерно одинаковые механические характеристики материалов при сжатии и растяжении. Однако определяется их порог всё-таки растяжением. Именно этими способами можно более точно узнать механические характеристики материалов. Диаграмма растяжения и сжатия представлена в иллюстрациях к данной статье.
Хрупкость и пластичность
Что же такое пластичность и хрупкость? Первое - это способность не разрушаться, получая остаточные деформации в больших количествах. Такое свойство является решающим для важнейших технологических операций. Изгиб, волочение, вытяжка, штамповка и многие другие операции зависят от характеристик пластичности. К пластичным материалам относятся отожжённая медь, латунь, алюминий, малоуглеродистая сталь, золото и тому подобные. Гораздо менее пластичны бронза и дюраль. Совсем слабо пластичны почти все легированные стали.
Характеристики прочности пластичных материалов сопоставляют с пределом текучести, о котором будет сказано ниже. На свойства хрупкости и пластичности большое влияние оказывают температура и скорость нагружения. Быстрое натяжение придаёт материалу хрупкость, а медленное - пластичность. Например, стекло - материал хрупкий, но оно выдерживает длительное воздействие нагрузки, если температура нормальная, то есть показывает свойства пластичности. А пластична, однако при ударной резкой нагрузке проявляется как материал хрупкий.
Метод колебаний
Физико-механические характеристики материалов определяются возбуждением продольных, изгибных, крутильных и других, ещё более сложных а зависимости от размеров образцов, форм, типов приёмника и возбудителя, способов крепления и схем приложения динамических нагрузок. Крупногабаритные изделия тоже подлежат испытаниям с помощью данного метода, если существенно изменить методику применения в способах приложения нагрузки, возбуждения колебаний и регистрации их. Этим же методом определяются механические характеристики материалов, когда нужно оценить жёсткость крупногабаритных конструкций. Однако при локальном определении в изделии характеристик материала этот способ не используется. Практическое применение методики возможно только тогда, когда известны геометрические размеры и плотность, когда возможно закрепление изделия на опорах, а на самом изделии - преобразователей, нужны определённые температурные условия и т.д.
Например, при смене температурных режимов происходит то или иное изменение, механические характеристики материалов при нагревании становятся другими. Практически все тела в этих условиях расширяются, что влияет на их структуру. Любое тело имеет те или иные механические характеристики материалов, из которых оно состоит. Если по всем направлениям эти характеристики не изменяются и остаются одинаковыми, такое тело называют изотропным. Если же физико-механические характеристики материалов изменяются - анизотропным. Последнее является характерной чертой практически всех материалов, просто в разной степени. Но есть, например, стали, где анизотропность весьма незначительна. Наиболее ярко она выражена в таких естественных материалах, как дерево. В производственных условиях определяют механические характеристики материалов посредством контроля качества, где используются различные ГОСТЫ. Оценка неоднородности получается из статистической обработки, когда суммируются результаты испытаний. Образцы должны быть многочисленными и вырезанными из конкретной конструкции. Такой способ получения технологических характеристик считается довольно трудоёмким.
Акустический метод
Акустических методов для того, чтобы определить механические свойства материалов и их характеристики, достаточно много, и все они отличаются способами ввода, приёма и регистрации колебаний в синусоидальном и импульсном режимах. Используются акустические методы при исследовании, например, строительных материалов, их толщины и напряжённости состояния, при дефектоскопии. Механические характеристики конструкционных материалов также определяются с помощью акустических методов. Сейчас уже разрабатываются и серийно выпускаются многочисленные разнообразные электронные акустические приборы, которые позволяют регистрировать упругие волны, параметры их распространения как в синусоидальном, так и в импульсном режиме. На их основе определяются механические характеристики прочности материалов. Если используются упругие колебания малой интенсивности, этот метод становится абсолютно безопасным.
Недостатком акустического метода является необходимость акустического контакта, который далеко не всегда возможен. Поэтому работы эти не слишком производительны, если нужно срочно получить механические характеристики прочности материалов. Огромное влияние на результат оказывает состояние поверхности, геометрические формы и размеры исследуемого изделия, а также среда, где проводятся испытания. Чтобы преодолеть эти сложности, конкретную задачу нужно решать строго определённым акустическим методом или, напротив, использовать их сразу несколько, это зависит от конкретной ситуации. Например, стеклопластики хорошо поддаются такому исследованию, поскольку хорошая скорость распространения упругих волн, а потому широко используется сквозное прозвучивание, когда приёмник и излучатель располагаются на противоположных поверхностях образца.
Дефектоскопия
Методы дефектоскопии применяются для контроля за качеством материалов в различных областях промышленности. Бывают неразрушающие и разрушающие методы. К неразрушающим относятся следующие.
1. Для определения трещин на поверхностях и непроваров применяется магнитная дефектоскопия . Участки, которые имеют такие дефекты, характеризуются полями рассеивания. Обнаружить их можно специальными приборами или же просто наложить слой магнитного порошка на всю поверхность. На местах дефектов расположение порошка будет меняться уже при наложении.
2. Дефектоскопия проводится и с помощью ультразвука . Направленный луч будет по-разному отражаться (рассеиваться), если даже глубоко внутри образца имеются какие-нибудь несплошности.
3. Дефекты в материале хорошо показывает радиационный метод исследования , основанный на разнице в поглощении излучения средой различной плотности. Используется гамма-дефектоскопия и рентген.
4. Химическая дефектоскопия. Если поверхность протравить слабым раствором азотной, соляной кислоты или их смесью (царская водка), то в местах, где есть дефекты, проявляется сеточка в виде чёрных полосок. Можно применить метод, при котором снимаются серные отпечатки. В местах, где материал неоднороден, сера должна менять цвет.
Разрушающие методы
Разрушающие методы здесь уже частично разобраны. Образцы испытывают на изгиб, сжатие, растяжение, то есть применяются статические разрушающие методы. Если же изделие испытывают переменными циклическими нагрузками на ударный изгиб - определяются динамические свойства. Макроскопические методы рисуют общую картину строения материала и в больших объёмах. Для такого исследования нужны специально шлифованные образцы, которые подвергаются травлению. Так, можно выявить форму и расположение зёрен, например, в стали, наличие кристаллов с деформацией, волокона, раковины, пузыри, трещины и прочие неоднородности сплава.
Микроскопическими методами изучается микроструктура и выявляются мельчайшие пороки. Образцы таким же образом предварительно шлифуют, полируют и потом подвергают травлению. Дальнейшее испытание предполагает использование электрических и оптических микроскопов и рентгеноструктурного анализа. Основой этого метода служит интерференция лучей, которые рассеиваются атомами вещества. Контролируется характеристика материала с помощью анализа рентгенограммы. Механические характеристики материалов определяют их прочность, что является главным для построения конструкций надёжных и безопасных в эксплуатации. Поэтому материал проверяется тщательно и разными методами во всех состояниях, какие он способен принять, не потеряв высокий уровень механических характеристик.
Методы контроля
Для проведения неразрушающего контроля за характеристиками материалов большое значение имеет правильный выбор эффективных методов. Наиболее точны и интересны в этом плане методы дефектоскопии - контроль дефектов. Здесь необходимо знать и понимать различия между способами реализации методов дефектоскопии и методов определения физико-механических характеристик, поскольку они принципиально отличаются друг от друга. Если последние основываются на контроле физических параметров и последующей их корреляции с механическими характеристиками материала, то дефектоскопия зиждется на прямом преобразовании излучения, которое отражается от дефекта или проходит контролируемую среду.
Лучше всего, конечно, контроль комплексный. Комплексность заключается в определении оптимальных физических параметров, по которым можно выявить прочностные и прочие физико-механические характеристики образца. А также одновременно разрабатывается и затем осуществляется оптимальный комплекс средств контроля над дефектами структуры. И, наконец, появляется интегральная оценка данного материала: определяется его работоспособность по целому комплексу параметров, которые помогли определить неразрушающие методы.
Механические испытания
С помощью таких испытаний проверяются и оцениваются механические свойства материалов. Этот вид контроля появился очень давно, но до сих пор не потерял своей актуальности. Даже современные высокотехнологичные материалы потребители достаточно часто и ожесточённо критикуют. А это говорит о том, что экспертизы должны проводиться тщательнее. Как уже было сказано, механические испытания можно подразделить на два вида: статические и динамические. Первые проверяют изделие или образец на кручение, растяжение, сжатие, изгиб, а вторые - на твёрдость и на ударную вязкость. Современное оборудование помогает выполнять эти не слишком простые процедуры качественно и выявлять все эксплуатацонные свойства данного материала.
Испытанием на растяжение можно выявить сопротивляемость материала к воздействию приложенного постоянного или возрастающего растягивающего напряжения. Метод старый, испытанный и понятный, используемый очень давно и до сих пор широко. Образец растягивается вдоль по продольной оси посредством приспособления в испытательной машине. Скорость растяжения образца постоянная, нагрузка измеряется специальным датчиком. Одновременно контролируется удлинение, а также соответствие его прилагаемой нагрузке. Результаты таких испытаний чрезвычайно полезны, если нужно содавать новые конструкции, поскольку пока никто не знает, как они себя поведут под нагрузкой. Подсказать может только выявление всех параметров упругости материала. Максимальное напряжение - предел текучести выносит определение максимальной нагрузки, которую данный материал может выдержать. Это поможет вычислить запас прочности.
Испытание твёрдости
Жёсткость материала рассчитывается по Сочетание текучести и твёрдости помогает определить упругость материала. Если в технологическом процессе присутствуют такие операции, как протяжка, прокатка, прессование, то величину возможной пластической деформации знать просто необходимо. При высокой пластичности материал сможет принять любую форму при соответствующей нагрузке. Методом выявления запаса прочности может служить также и испытание на сжатие. Особенно если материал является хрупким.
Твёрдость испытывают с помощью идентора, который выполнен из гораздо более твёрдого материала. Чаще всего проводится по методу Бринеля (вдавливается шарик), Виккерса (идентер в форме пирамидки) или Роквелла (используется конус). В поверхность материала вдавливается идентор с определённой силой в определённый период времени, а потом изучается оставшийся на образце отпечаток. Есть и другие достаточно широко применяемые испытания: на ударную прочность, например, когда оценивается сопротивление материала в момент приложения нагрузки.
К первой группе относятся: вес отдельных частей тела человека, плотность, модуль упругости и модуль сдвига мягких и жестких тканей тела, скорости распространения волн напряжения в тканях и их характеристические импеданцы.[ ...]
Вторую группу производных характеристик составляют: показатели относительного затухания колебаний при их распространении по телу от места возбуждения, частотные характеристики входных механических импе-данцев в зоне контакта тела с вибрирующими поверхностями, переходные механические нмпеданцы для любой точки поверхности тела, частоты собственных колебаний структур тела.[ ...]
Примечание. Вес кисти 0,6 кг, предплечья 1,6 кг, плеча 2,3 кг.[ ...]
В табл. 4 приведены усредненные по данным Н. Н. Хавкина, Coldman (цит. по Harris и Crede, 1961) и Woodson и Conover (1968) веса отдельных частей тела человека в относительных к общему весу и в абсолютных величинах. Последние относятся к средним показателям для мужчин ростом 175 см, и весом 70 кг.[ ...]
В табл. 6 по тем же литературным источникам указаны усредненные изменения жесткости К и диссипативного сопротивления R мягких тканей тела при их смещении под действием статической нагрузки, отнесенной к площади 1 см2.[ ...]
Эти данные были получены Franke (цит. по Harris и Crede, 1961) только на двух исследуемых и характеризовались разбросом показаний. Тем не менее можно видеть, что при нагрузках, вызывающих смещения тканей, не превышающие 5 мм, жесткость К и сопротивление R изменяется практически линейно с изменением нагрузки. При смещениях более 5 мм ткани тела обнаруживают характерную нелинейность их упруго-вязких свойств.[ ...]
Из производных механических характеристик тела человека рассмотрим в первую очередь затухание колебаний при их распространении по телу от места возбуждения. Впервые это ослабление для частоты 50 Гц исследовал в 1939 г. Вёкеву.[ ...]
Для нас исследование затухания колебаний при их распространении по телу человека представляло интерес в несколько ином аспекте, а именно в сопоставлении особенностей затуханий колебаний различных частот при действии вибрации через стопы ног или ладони с целью уточнения понятий «локальных» и «общих» вибраций и для определения величины рецептивной зоны, охваченной колебательным движением.[ ...]
Исследования были нами проведены и на 10 практически здоровых мужчинах (по десять опытов на каждом) в диапазоне частот от 8 до 125 Гц и при действии вибраций на стопы и ладони. Источником колебаний служил механический вибростенд ВУС-70/200. Исследуемый либо становился па платформу стенда, либо, находясь вне ее, нажимал сверху вниз на вибрирующую рукоятку, укрепленную к платформе, осуществляя контроль за заданной силой нажима по стрелочному прибору. Распространение вибраций регистрировалось измерительной аппаратурой фирмы «Брюль и К/ьер» с 30-граммовым датчиком, прижимаемым рукой испытателя к костным выступам в фиксированных точках тела. Замеренные уровни колебательной скорости усреднялись с определением среднеквадратичных отклонений, колебавшихся в пределах ±2-5 дБ.[ ...]
Влияние мышечного напряжения на проводимость вибрации тканями руки мы исследовали измеряя интенсивность вибрации в одинаковых точках- на плече испытуемых - в условиях одинакового уровня колебательной скорости в зоне контакта с вибрирующей поверхностью, но при разных силах нажима на рукоятку.[ ...]
Таблицы к данной главе:
Ерёменко Марина Юрьевна
В работе «Исследование механических параметров человека» определяются экспериментально и исследуются некоторые механические параметры человека, выясняется зависимость определенных практическим путем механических параметров от индивидуальных особенностей человека, устанавливается значение этих параметров для жизнедеятельности человека.
Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, в том числе в организме человека, на основе физических законов поможет установить причинно-следственные связи в живой и неживой природе, раскрыть единство окружающего мира, показать единство законов природы и применимость законов физики и к живым организмам. Кроме того, исследование проявлений законов физики в организме человека позволяет лучше понять процессы, происходящие в организме человека, выяснить причины изменения состояния человека, характеристики, от которых оно зависит.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Конкурс научных проектов школьников
в рамках краевой научно-практической конференции «Эврика»
Малой академии наук учащихся Кубани
Исследование механических параметров человека.
Секция: «Физика»
Ерёменко Марина Юрьевна, 11класс,
МОУ СОШ №5 МО Кореновский район,
Ст. Платнировская.
Научный руководитель:
Коломиец Наталия Леонидовна,
Учитель физики МОУ СОШ №5
МО Кореновский район,
Ст. Платнировская.
г. Кореновск
2009
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Введение ………………………………………………………………………………....2
- Плотность тела человека………………………………………………………… ...…...3
- Теоретическая часть……………………………………………………………..3
- Практическая часть…………………………………………………………..…..3
- Определение плотности тел нескольких
человек и сравнение полученных результатов…………………….............3
- Скорость реакции человека………………………………………………….………….4
- Теоретическая часть……………………………………………………………..4
- Практическая часть………………………………………………………………5
- Определение времени реакции человека…………………………………..5
- Сравнение скорости реакции двух человек………………………….…….6
- Сравнение времени реакции водителей……………………………….….7
- Жизненная ёмкость лёгких человека…………………………………………….……..8
- Теоретическая часть……………………………………………………………..8
- Практическая часть……………………………………………….………...…..10
- Определение жизненной емкости легких теоретическим методом…..…10
- Определение жизненной емкости легких
практическим способом при помощи шарика……………………..……..10
- Заключение………………………………………………………………………...……11
Список используемой литературы…………………………………………………..…….13
Приложения………………………………………………………………………………....14
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Введение.
В современном мире все чаще и чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека. Это связанно с бурным развитием таких наук как медицина, биофизика, психология и др.
На школьных уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Но исследование проявлений законов физики в организме человека играет, безусловно, важную роль. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет установить причинно-следственные связи в живой и не живой природе, раскрыть единство окружающего мира, показать единство законов природы и применимость законов физики и к живым организмам.
Тема данной работы «Исследование механических параметров человека».
Объект исследования: Законы физики в организме человека.
Предмет исследования: Механические параметры человека: объем и плотность тела, время реакции человека, жизненная емкость легких.
Цель данной работы: определить некоторые механические параметры человека, выяснить зависимость определенных практическим путем механических параметров от индивидуальных особенностей человека (возраст, профессия, образ жизни, самочувствие и т. п.), установить значение этих параметров для жизнедеятельности человека.
Источниковой базой для проведения исследования является:
Теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;
Результаты практических работ по определению некоторых механических параметров организма человека.
В процессе исследования поставлены следующие задачи :
Изучить и проанализировать теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;
Провести практические работы по определению некоторых механических параметров организма человека;
Проанализировать и обработать результаты практических измерений, необходимых для определения механических параметров человека;
Обобщить результаты исследования и сделать выводы о зависимости механических параметров человека от его индивидуальных особенностей.
В работе использовались следующие научные методы исследования:
Анализ и обработка теоретического материала о применении законов физики к организму человека (применение законов механики для определения механических параметров человека);
Постановка опытов и проведение практических измерений для определения механических параметров человека;
Анализ и обработка результатов измерений, полученных опытным путем;
Обобщение результатов исследования и выводы.
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Плотность тела человека.
- Теоретическая часть.
Понятие «Плотность» имеет очень широкое применение во всех областях физики. Плотность - это физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма .
Теперь о человеке. Известно, что в целом плотность тела человека очень близка к плотности воды, так как человек на 60-90 % состоит из неё. * (* - ссылка на литературу.)
Средняя плотность тела человека в разных источниках составляет от 870 до 1120 кг/м 3
Точной цифры нет, потому что плотность каждого человека различна и зависит от особенностей индивидуального строения, а ещё от объема воздуха в легких.
Также считается, что полный человек имеет меньшую плотность, мускулистый – большую; так как удельная плотность жира 0. 918 г/см 3 , а плотность мышц - 1.049 г/см 3
Чаще всего средняя плотность тела человека принимается за 1036 кг/м 3 .
- Практическая часть.
- Определение плотности тел нескольких человек и сравнение полученных результатов.
Производим измерения длины (a) и ширины (b) ванны. После чего ванна заполняется водой. Ставиться метка, обозначающая уровень воды в ванной. Человек погружался в воду с головой. Ассистент ставит метку, помечая, таким образом, новый уровень воды в ванной. Измеряет высоту подъема воды (h). Вычисляем объем вытесненной воды, а, следовательно, и объем тела человека (V).
V= a b h
Вычисляем плотность человека по формуле:
,
где m - его масса, V – объем, полученный экспериментальным путем.
Форма ванны не представляет собой параллелепипед, но так как формы разных моделей ванн сходны, то погрешности измерения будут приблизительно равны, а значит, на чистоте эксперимента эти погрешности отражаться не будут.
Плотность тела зависит от пола (Средняя плотность тела парней выше, чем у девушек), от образа жизни (Плотность тела спортсменов выше. Следует отметить, что просматривается зависимость плотности тела человека от выбранного вида спорта.) (см. Приложение № 1, Таблица №2.) .
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Скорость реакции человека.
- Теоретическая часть.
Скорость 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.
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.
Скорость реакции человека определяется работой нервной системы и скоростью работы мышц.
У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет 0,1-0,3 секунды. (см. Приложение № 2.).
Время реакции - важнейшая характеристика организма человека. 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. Временем реакции называется промежуток времени от момента появления зрительного или слухового сигнала об изменившейся обстановке до соответствующего ответного действия водителя. Например, время до нажатия на тормозную педаль или поворота рулевого колеса от момента появления сигнала. Реакция у различных людей неодинакова. Например, время реакции является одной из важнейших характеристик водителей, у большинства водителей время реакции лежит в пределах от 0,5 до 2,0 с.
Экспертиза ГИБДД и МВД использует более точные формулы и методики для определения времени реакции водителя. Но чаще всего при анализе ДТП экспертам важнее знать время начала торможения или тормозной путь, в этом случае
время реакции водителя по стандарту принято считать 0.8 с.
Разумеется, всегда желательно, чтобы время реакции было как можно меньше (что соответствует большей скорости реакции), так как торможение автомобиля фактически начинается только по истечении этого времени.
Если, например, автомобиль движется со скоростью 90 км/ч, то за 1 сек он проходит 25 м. Следовательно, если время реакции водителя равно 1 с, то на протяжении 25 м тормоза автомобиля даже не будут приведены в действие! Таким образом, "цена" всего лишь одной десятой доли секунды в этом примере 2,5 м движения автомобиля. (см. Приложение № 3.), что может стоить жизни перебегающему дорогу человеку, видящему автомобиль на достаточном по его мнению расстоянии.
- Практическая часть.
- Определение скорости реакции человека.
Берется деревянная линейка 50 см в длину, на ней ставиться засечка (посередине). На стене делается отметка.
Ассистент прижимает вертикально расположенную линейку к стене так, чтобы засечка на ней совпадала с отметкой на стене.
Затем, отвлекая внимание участника эксперимента, отпускает линейку в свободное падение. Участник должен остановить падение линейки, так быстро, как сможет.
Ассистент отмечает новое положение засечки линейки и производит замер её полета (h), т.е. расстояние между отметками на стене.
Скорость реакции вычисляется по формуле: t= 2 hg ,
где g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с., t –скорость реакции, с, h - расстояние между отметками на стене (см. Приложение № 4.).
Анализ полученных результатов:
Знак « - » обозначает, что участник опыта не успел остановить линейку до того как она коснулась пола. Количество участников с замедленной реакцией оказалось равно 70%.
- Сравнение скорости реакции двух человек.
Сравнить скорость реакции двух человек можно и более простым способом.
Первый партнер становится напротив и располагает открытую ладонь так, чтобы второму было удобно по ней бить своей ладонью. Второй партнер бьет по ладони первого в произвольные моменты времени. Задача первого - убрать ладонь (один балл), задача второго – попасть (один балл), в случае неудачи того или другого – 0 баллов. Ведется счёт (наибольшее число очков – лучшая скорость реакции). Затем партнеры меняются. (см. Приложение № 5.)
Анализ полученных результатов:
Скорость реакции человека (см. Приложение №5) зависит от индивидуальных особенностей партнеров.
У одних участников опыта (Витя) скорость реакции не зависит от особенностей источника сигнала (индивидуальных особенностей партнера); у других (Марина, Вадик, Кирилл) скорость реакции зависит от особенностей источника сигнала; у третьих (Саша) скорость реакции всегда меньше независимо от особенностей источника сигнала (всегда меньше, чем у партнера).
Таким образом, по результатам опыта участник Витя - обладает максимальной скоростью реакции. Марина, Вадик, Кирилл – обладают хорошей скоростью реакции, но она зависит от особенностей источника сигнала, а значит не во всех случаях от этих участников можно ожидать должной скорости реакции (Например, Витя отреагирует мгновенно торможением и на красный сигнал светофора, и на перебегающего неожиданно улицу человека. Марина, Вадик, Кирилл – отреагировав мгновенно на красный сигнал светофора, могут не сразу отреагировать на перебегающего улицу человека.)
Данным способом можно определить максимальную, среднюю, минимальную скорость реакции, не измеряя отдельно скорость реакции каждого участника опыта, а сравнив полученные результаты.
- Время реакции водителей.
Ассистенты договариваются с водителем о скорости движения транспортного средства (водитель выбирает удобную для него скорость в соответствии с личным транспортным средством) и о ключевом слове, обозначающим остановку (например, слово «Стоп»). Один ассистент договаривается с другим о месте, в котором водитель должен начать торможение (были выбраны три пункта - пересечение улиц Некрасова и Третьякова, Хлеборобской и Третьякова, Маркова и Третьякова.). Водителю не сообщается это место. Первый ассистент садится в машину с водителем и от точки начала эксперимента (пересечения улиц Кучерявого и Третьякова) начинает движение с водителем по прямой (по одной улице). (см. Приложение № 6.) Набрав определенную скорость (обговоренную ранее), водитель должен постараться двигаться равномерно. Доехав до места торможения, первый ассистент произносит ключевое слово. Водитель должен среагировать и начать торможение. После полной остановки транспортного средства второй ассистент, наблюдавший за торможением, измеряет тормозной путь. Примерное время реакции водителя определяем по таблице (см. Приложение № 3.). Данный опыт повторяем 3 раза для каждого водителя, определяя после эксперимента среднее время реакции.
Главная задача опытов - измерить тормозной путь и вычислить скорость реакции водителя по специальной таблице. Но при этом не должна была создаваться помеха уличному движению. Из-за этой проблемы пришлось подбирать время проведения опытов. (В основном это было ранее утро, когда движение в выбранном районе отсутствует). Еще одна проблема была в том, что все опыты по разным обстоятельствам нельзя было провести в один день, а погодные условия могли повлиять на состояние покрытия дороги и, следовательно, на точность опытов. Учитывая это, все опыты проводились при сходных погодных условиях (покрытие дороги должно быть сухим). Измерения проводились по три раза, в таблицу вносилось среднеарифметическое значение трех результатов.
Чистота измерений в экспериментах осложнялась тем, что каждый водитель участвовал в опыте на своем транспортном средстве (разные технические характеристики и возможности). Это обстоятельство нельзя было изменить, так как каждый водитель привык к вождению именно своего транспортного средства и переход на другое мог внести еще более существенную разницу в условия проведения опыта для каждого водителя (см. Приложение № 7., Таблица №1.)
Эти же опыты проводились после изменения состояния водителя (см. Приложение № 7, Таблица №2.)
Анализ полученных результатов:
Скорость реакции не зависит от стажа вождения, от вида транспортного средства, от возраста водителя. Предполагаю, что она определяется индивидуальными особенностями организма человека (Скорость реакции разная у всех людей с рождения – определяется особенностями нервной системы человека, его эмоциональными и психическими характеристиками). Но опыты показали, что при плохом самочувствии или сильной усталости скорость реакции ухудшается.
В двух разных опытах, связанных с определением скорости реакции, принимал участие Вадик Я.. Результаты опытов оказались сходны, а значит, эти методы можно считать эффективными.
Из проделанных опытов видно, что время реакции участвовавших в эксперименте водителей не совпадает с эталонным временем, принимаемым экспертами ГИБДД равным 0,8 с. Таким образом, участники эксперимента могут являться, особенно при неблагоприятных условиях на дорогах, потенциальной угрозой совершения ДТП.
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Жизненная ёмкость лёгких человека.
- Теоретическая часть.
Лёгкие у человека - парный орган дыхания. Лёгкие заложены в грудной полости , прилегая справа и слева к сердцу, имеют форму полуконуса, основание которого расположено на диафрагме , а верхушка выступает на 1-3 см выше ключицы. Правое лёгкое состоит из 3, а левое из 2 долей. Скелет лёгкого образуют древовидно разветвляющиеся бронхи. Каждое лёгкое покрыто серозной оболочной - легочной плеврой и лежит в плевральном мешке. Внутренняя поверхность грудной полости покрыта пристеночной плеврой. С внутренней (сердечной) поверхности в лёгких имеется углубление - ворота лёгких. В них входят бронхи, легочная артерия, и выходят две легочных вены. Легочная артерия ветвится параллельно ветвлению бронхов. При вдохе давление в легком ниже атмосферного, а при выдохе - выше, что дает возможность воздуху поступать внутрь легкого. (см. Приложение № 8.)
Процесс внешнего дыхания обусловлен изменением объема воздуха в легких в течение фаз вдоха и выдоха дыхательного цикла. При спокойном дыхании соотношение длительности вдоха к выдоху в дыхательном цикле равняется в среднем 1:1,3. Внешнее дыхание человека характеризуется частотой и глубиной дыхательных движений.
Частота дыхания человека измеряется количеством дыхательных циклов в течение 1 мин и ее величина в покое у взрослого человека варьирует от 12 до 20 в 1 мин. Этот показатель внешнего дыхания возрастает при физической работе, повышении температуры окружающей среды, а также изменяется с возрастом. Например, у новорожденных частота дыхания равна 60-70 в 1 мин, а у людей в возрасте 25-30 лет - в среднем 16 в 1 мин.
Глубина дыхания определяется по объему вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в течение одного дыхательного цикла. Произведение частоты дыхательных движений на их глубину характеризует основную величину внешнего дыхания - вентиляцию легких. Количественной мерой вентиляции легких является минутный объем дыхания - это объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает за 1 мин.
Величина минутного объема дыхания человека в покое варьирует в пределах 6-8 л. При физической работе у человека минутный объем дыхания может возрастать в 7-10 раз.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – это показатель внешнего дыхания, представляющий собой объем воздуха, выходящего из дыхательных путей при максимальном выдохе, произведенном после максимального вдоха. (см. Приложение № 9.) Полная ёмкость лёгких примерно равна 5000 см³, обычный вдох составляет 500 см³, жизненная (при максимальном вдохе и выдохе) - приблизительно 3500-4500 см³.
В зависимости от его модификации возможно определение этого показателя тремя методами: ЖЕЛ вдоха, ЖЕЛ выдоха и двухстадийное определение ЖЕЛ
Для определения ЖЕЛ вдоха (метод 1) после нескольких спокойных дыхательных циклов человека инструктируют выдохнуть весь возможный объем воздуха из легких. При этом задействуется резервный объем выдоха. Сразу же вслед за этим его просят из положения полного выдоха как можно более глубоко вдохнуть, до ощущения максимального наполнения легких воздухом, тем самым задействовав резервный объем вдоха.
Для определения ЖЕЛ выдоха (метод 2) человек сначала делает максимально полный вдох из положения спокойного выдоха, а затем из положения полного вдоха максимально полно завершает выдох.
Двухстадийное определение ЖЕЛ (метод 3) - после спокойного вдоха человек делает максимально полный выдох, затем возвращается к обычному спокойному дыханию и лишь после нескольких дыхательных движений делает максимально полный вдох из положения спокойного выдоха.
- Практическая часть.
- Определение жизненной емкости легких теоретическим методом.
Теоретическое значение ЖЕЛ можно вычислить по формуле :
Для юношей - ЖЕЛ = [рост (м) 5,2 – возраст (лет) 0,022] – 4,2
Для девушек - ЖЕЛ = [рост (м) 4,1 – возраст (лет) 0,018]– 3,7
Норма ЖЕЛ: для юношей 2,8 – 3,8 л
Для девушек 2,5 - 2,8 л
- Определение жизненной емкости легких практическим способом при помощи шарика.
Человек делает глубокий вдох через нос и максимальный выдох в шарик. Не отнимая шарик ото рта, повторяем эти действия 3 раз. Измеряется диаметр шарика. Объем вычисляем по формуле:
V = πd36
Где d – найденный диаметр шарика.
Разделив полученный объём шара на 3, получаем ЖЕЛ. (см. Приложение № 10.)
Анализ полученных результатов двух опытов:
Значения ЖЕЛ, определенные практическим путём при помощи шарика и с помощью формул, разработанных специалистами-биологами, приблизительно совпадают. Таким образом, с помощью шарика можно определить достаточно точно значение ЖЕЛ.
Значения ЖЕЛ не у всех участников соответствуют установленным нормам. Считаю, что данным участникам эксперимента необходимо обратиться к специалистам, т. к. отклонение значения ЖЕЛ от нормы свидетельствует о возможно неправильном развитии грудной клетки.
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
- Заключение.
В данной исследовательской работе опытным путем были определены некоторые механические параметры человека: плотность тела; скорость реакции человека, в том числе и время реакции водителей при торможении транспортного средства; жизненная емкость легких человека.
В результате опытов было выяснено, что плотность тела человека определяется не только природой (зависимость от пола человека), но также зависит и от самого человека, от образа его жизни: питания, режима дня, занятия спортом. Следует отметить, что меньшая плотность тела человека по сравнению со сверстниками свидетельствует о физической слабости человека, о слабых мышцах (плотность жировой ткани, намного меньше мышечной), о возможности непереносимости им тяжелых физических нагрузок.
При измерении времени и скорости реакции участников эксперимента было выяснено, что у многих участников скорость реакции очень замедленная (см. Приложение №4). У некоторых участников эксперимента скорость реакции зависела от особенностей источника сигнала, у некоторых – нет (см. Приложение №5). 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.
Многие профессии требуют усиленного внимания и хорошей скорости реакции, поэтому при выборе профессии и приеме на работу эти характеристики человека являются немаловажными.
Измерения ЖЕЛ участников эксперимента показали, что некоторым участникам эксперимента, у которых наблюдалось отклонение от нормы, возможно необходимо обследовать свой организм у специалистов.
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? От ответов на эти вопросы зависит выбор жизненных целей человека, его образа жизни, выбор профессии. Поэтому знание особенностей своего организма с точки зрения законов физики, безусловно, важно и необходимо.
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
Список используемой литературы
1. Ц.Б.Кац «Биофизика на уроках физики», Просвещение, Москва, 1988
2. А.Н.Ремизов, А.Г.Максина «Медицинская и биологическая физика», Дрофа, Москва, 2003
3. М.В.Волькенштейн «Биофизика», Наука, Москва, 1988
4. А.Б.Рубин «Биофизика» Высшая школа, Москва, 1987
5. К.Ю.Богданов «Физик в гостях у биолога», Наука, Москва, 1986
6. В.Р.Ильченко «Перекрестки физики, химии, биологии», Просвещение, Москва, 1986
7. А.Г.Хрипкова «Физиология человека», Просвещение, Москва, 1971
8. Б.Р.Иваницкий «Мир глазами биофизика», Москва, 1985
9. Дж.Мэрион. «Общая физика с биологическими примерами», Москва, 1986
10. А.В.Хуторской «Увлекательная физика», Москва, 2000
Приложения
Приложение № 1.
Таблица 1. Плотности тел людей, участвующих в эксперименте.
Данные | Измерения | ||||||
Имя | Возраст, лет | Рост, см | Вес, кг | а, м | b, м | h, м | Плотность тела, кг/м 3 |
Никита | 1.14 | 0.58 | 1058 |
||||
Кирилл | 0.35 | 0.11 | 1039 |
||||
Вадик | 0.55 | 0.08 | |||||
Витя | 0.07 | 1000 |
|||||
Среднее значение плотности тела юношей | 1002 |
||||||
Марина | 0.08 | 1013 |
|||||
Наташа | 0.35 | 0.09 | |||||
Яна | 0.35 | ||||||
Катя | 0.07 | 1031 |
|||||
Лика | 1.35 | 0.45 | 0.11 | ||||
Среднее значение плотности тела девушек |
Таблица 2. Сравнение плотностей тел людей с учетом отношения к спорту.
Данные | |||||||
Имя | Возраст, лет | Рост, см | Вес, кг | Отношение к спорту (положительное или отрицательное) | Предпочи-таемый вид Спорта | Плотность тела, кг/м 3 | Плотность тела больше: |
Никита | Бокс | 1058 | |||||
Кирилл | Футбол | 1039 | |||||
Витя | 1000 | ||||||
Вадик | |||||||
Катя | Тхеквандо | 1031 | |||||
Марина | Гимнастика | 1013 | |||||
Лика | |||||||
Яна |
Приложение № 2.
Таблица. Время реакции человека на разные виды раздражающих сигналов.
Виды раздражающих сигналов | Время, по истечении которого органы ощущения человека отвечают на различные раздражающие сигналы, с. |
|
Осязательные | 0,09 - 0,22 |
|
Звуковые | 0,12 - 0,18 |
|
Болевые | 0,13 - 0,89 |
|
Световые | 0,15 - 0,22 |
|
Температурные | 0,3 - 1,6 |
|
Вкусовые | ||
На соленое | 0,31 |
|
На сладкое | 0,45 |
|
На горькое | 0,12 |
Приложение № 3.
Таблица. Зависимость тормозного пути (м) от времени реакции водителя (с) и скорости движения автомобиля (км/ч). (Таблица разработана специалистами по изучению эмоционального и психического состояния человека, взята из сети Интернет)
Время реакции водителя, Скорость автомобиля, км/ч | |||||
11.1 | 13.9 | 20.8 | 27.8 |
||
13.3 | 16.7 | 25.0 | 33,3 |
||
15.6 | 19.4 | 29.2 | 38.9 |
||
11.1 | 17.8 | 22.2 | 33.3 | 44.4 |
|
12.5 | 20.0 | 25.0 | 37.5 | 50.0 |
|
13.9 | 22.2 | 27.8 | 41.7 | 55.5 |
Приложение № 4.
Таблица. Определение времени реакции разных людей.
Имя | h, см | Примерное время реакции, с |
Аня | ||
Вадик П. | ||
Вадик Я. | ||
Лена | ||
Максим | ||
Даша | ||
Саша А. | ||
Саша П. | ||
Катя | ||
Юля | ||
Яна |
Вадик
Вадик
Саша
Саша
Кирилл
Кирилл
Марина
Приложение № 6.
Схема улиц в районе проведения опытов, связанных с определением скорости реакции водителей. (Синим цветом обозначена точка начала движения, красным - обговоренная точка начала торможения. Каждый водитель трижды стартовал, и в каждом случае были использованы одна и та же точка начала движения и те же точки начала торможения.)
Приложение № 7.
Таблица 1.Определение времени реакции водителей.
ВАЗ-21099
Suzuki
Владимир Н.
SCANIA
1.05
Mitsubishi
Владимир Д.
ВАЗ-2114
Таблица 2. Измерение времени реакции водителей
при плохом самочувствии или сильной усталости.
Приложение № 8.
Схема лёгких человека . 1-Трахея
2-Лёгочная артерия
3-Лёгочная вена
4-Альвеолярный ход
5-Альвеолы
6-Сердечная вырезка левого лёгкого
7-Бронхиолы
8-Третичные бронхи
9-Вторичные бронхи
10-Главные бронхи
Приложение № 9.
Жизненная ёмкость легких.
Приложение № 10.
Таблица. Вычисление теоретического значения жизненной емкости легких, сравнение его с практическим и нормальным значением. 2.8 – 3.8
3.65
Вадик
1.74
2.8 – 3.8
4.47
Никита
1.82
2.8 – 3.8
4.89
4.77
4.83
Кирилл
2.8 – 3.8
4.31
4.25
Яна
1.55
2.5 – 2.8
Лика
1.74
2.5 – 2.8
3.18
Марина
1.67
2.5 – 2.8
2.86
2.72
Наташа
2.5 – 2.8
2.57
Конкурс научных проектов школьников
в рамках краевой научно-практической конференции «Эврика»
Малой академии наук учащихся Кубани
Исследование механических параметров человека.
Секция: «Физика»
Ерёменко Марина Юрьевна, 11класс,
МОУ СОШ №5 МО Кореновский район,
ст. Платнировская.
Научный руководитель:
Коломиец Наталия Леонидовна,
учитель физики МОУ СОШ №5
МО Кореновский район,
ст. Платнировская.
г. Кореновск
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
Содержание стр.
Введение ………………………………………………………………………………....2
Плотность тела человека………………………………………………………… ...…...3
Теоретическая часть……………………………………………………………..3
Практическая часть…………………………………………………………..…..3
Определение плотности тел нескольких
Скорость реакции человека………………………………………………….………….4
Теоретическая часть……………………………………………………………..4
Практическая часть………………………………………………………………5
Определение времени реакции человека…………………………………..5
Сравнение скорости реакции двух человек………………………….…….6
Сравнение времени реакции водителей……………………………….….7
Жизненная ёмкость лёгких человека…………………………………………….……..8
Теоретическая часть……………………………………………………………..8
Практическая часть……………………………………………….………...…..10
Определение жизненной емкости легких теоретическим методом…..…10
Определение жизненной емкости легких
Заключение………………………………………………………………………...……11
Приложения………………………………………………………………………………....14
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
Введение.
На школьных уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Но исследование проявлений законов физики в организме человека играет, безусловно, важную роль. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет установить причинно-следственные связи в живой и не живой природе, раскрыть единство окружающего мира, показать единство законов природы и применимость законов физики и к живым организмам.
Тема данной работы «Исследование механических параметров человека».
Объект исследования: Законы физики в организме человека.
Предмет исследования: Механические параметры человека: объем и плотность тела, время реакции человека, жизненная емкость легких.
Цель данной работы:определить некоторые механические параметры человека, выяснить зависимость определенных практическим путем механических параметров от индивидуальных особенностей человека (возраст, профессия, образ жизни, самочувствие и т. п.), установить значение этих параметров для жизнедеятельности человека.
Источниковой базой для проведения исследования является:
Теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;
Результаты практических работ по определению некоторых механических параметров организма человека.
В процессе исследования поставлены следующие задачи :
Изучить и проанализировать теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;
Провести практические работы по определению некоторых механических параметров организма человека;
Проанализировать и обработать результаты практических измерений, необходимых для определения механических параметров человека;
Обобщить результаты исследования и сделать выводы о зависимости механических параметров человека от его индивидуальных особенностей.
В работе использовались следующие научные методы исследования:
Анализ и обработка теоретического материала о применении законов физики к организму человека (применение законов механики для определения механических параметров человека);
Постановка опытов и проведение практических измерений для определения механических параметров человека;
Анализ и обработка результатов измерений, полученных опытным путем;
Обобщение результатов исследования и выводы.
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
Плотность тела человека.
Теоретическая часть.
Теперь о человеке. Известно, что в целом плотность тела человека очень близка к плотности воды, так как человек на 60-90 % состоит из неё. * (* - ссылка на литературу.)
Средняя плотность тела человека в разных источниках составляет от 870 до 1120 кг/м 3
Точной цифры нет, потому что плотность каждого человека различна и зависит от особенностей индивидуального строения, а ещё от объема воздуха в легких.
Также считается, что полный человек имеет меньшую плотность, мускулистый – большую; так как удельная плотность жира 0. 918 г/см 3 , а плотность мышц - 1.049 г/см 3
Чаще всего средняя плотность тела человека принимается за 1036 кг/м 3 .
Практическая часть.
Определение плотности тел нескольких человек и сравнение полученных результатов.
Вычисляем плотность человека по формуле:
,
где m - его масса, V – объем, полученный экспериментальным путем.
Форма ванны не представляет собой параллелепипед, но так как формы разных моделей ванн сходны, то погрешности измерения будут приблизительно равны, а значит, на чистоте эксперимента эти погрешности отражаться не будут.
Плотность тела зависит от пола (Средняя плотность тела парней выше, чем у девушек), от образа жизни (Плотность тела спортсменов выше. Следует отметить, что просматривается зависимость плотности тела человека от выбранного вида спорта.) (см. Приложение № 1, Таблица №2.) .
«Исследование механических параметров человека»
Работу выполнила: ученица
11 кл. МОУ СОШ №5
МО Кореновский район
Ерёменко Марина Юрьевна
Скорость реакции человека.
Теоретическая часть.
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.
Скорость реакции человека определяется работой нервной системы и скоростью работы мышц.
У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет 0,1-0,3 секунды. (см. Приложение № 2.).
Время реакции - важнейшая характеристика организма человека. 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. Временем реакции называется промежуток времени от момента появления зрительного или слухового сигнала об изменившейся обстановке до соответствующего ответного действия водителя. Например, время до нажатия на тормозную педаль или поворота рулевого колеса от момента появления сигнала. Реакция у различных людей неодинакова. Например, время реакции является одной из важнейших характеристик водителей, у большинства водителей время реакции лежит в пределах от 0,5 до 2,0 с.
Экспертиза ГИБДД и МВД использует более точные формулы и методики для определения времени реакции водителя. Но чаще всего при анализе ДТП экспертам важнее знать время начала торможения или тормозной путь, в этом случае
время реакции водителя по стандарту принято считать 0.8 с.
Разумеется, всегда желательно, чтобы время реакции было как можно меньше (что соответствует большей скорости реакции), так как торможение автомобиля фактически начинается только по истечении этого времени.
Если, например, автомобиль движется со скоростью 90 км/ч, то за 1 сек он проходит 25 м. Следовательно, если время реакции водителя равно 1 с, то на протяжении 25 м тормоза автомобиля даже не будут приведены в действие! Таким образом, "цена" всего лишь одной десятой доли секунды в этом примере 2,5 м движения автомобиля. (см. Приложение № 3.), что может стоить жизни перебегающему дорогу человеку, видящему автомобиль на достаточном по его мнению расстоянии.
Практическая часть.
Определение скорости реакции человека.
Ассистент прижимает вертикально расположенную линейку к стене так, чтобы засечка на ней совпадала с отметкой на стене.
Затем, отвлекая внимание участника эксперимента, отпускает линейку в свободное падение. Участник должен остановить падение линейки, так быстро, как сможет.
Ассистент отмечает новое положение засечки линейки и производит замер её полета (h), т.е. расстояние между отметками на стене.
Скорость реакции вычисляется по формуле: t=,
где - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с., t –скорость реакции, с, - расстояние между отметками на стене (см. Приложение № 4.).
Анализ полученных результатов:
Знак « - » обозначает, что участник опыта не успел остановить линейку до того как она коснулась пола. Количество участников с замедленной реакцией оказалось равно 70%.
Сравнение скорости реакции двух человек.
Первый партнер становится напротив и располагает открытую ладонь так, чтобы второму было удобно по ней бить своей ладонью. Второй партнер бьет по ладони первого в произвольные моменты времени. Задача первого - убрать ладонь (один балл), задача второго – попасть (один балл), в случае неудачи того или другого – 0 баллов. Ведется счёт (наибольшее число очков – лучшая скорость реакции). Затем партнеры меняются. (см. Приложение № 5.)
Анализ полученных результатов:
Скорость реакции человека (см. Приложение №5) зависит от индивидуальных особенностей партнеров.
У одних участников опыта (Витя) скорость реакции не зависит от особенностей источника сигнала (индивидуальных особенностей партнера); у других (Марина, Вадик, Кирилл) скорость реакции зависит от особенностей источника сигнала; у третьих (Саша) скорость реакции всегда меньше независимо от особенностей источника сигнала (всегда меньше, чем у партнера).
Таким образом, по результатам опыта участник Витя - обладает максимальной скоростью реакции. Марина, Вадик, Кирилл – обладают хорошей скоростью реакции, но она зависит от особенностей источника сигнала, а значит не во всех случаях от этих участников можно ожидать должной скорости реакции (Например, Витя отреагирует мгновенно торможением и на красный сигнал светофора, и на перебегающего неожиданно улицу человека. Марина, Вадик, Кирилл – отреагировав мгновенно на красный сигнал светофора, могут не сразу отреагировать на перебегающего улицу человека.)
Данным способом можно определить максимальную, среднюю, минимальную скорость реакции, не измеряя отдельно скорость реакции каждого участника опыта, а сравнив полученные результаты.
Время реакции водителей.
Главная задача опытов - измерить тормозной путь и вычислить скорость реакции водителя по специальной таблице. Но при этом не должна была создаваться помеха уличному движению. Из-за этой проблемы пришлось подбирать время проведения опытов. (В основном это было ранее утро, когда движение в выбранном районе отсутствует). Еще одна проблема была в том, что все опыты по разным обстоятельствам нельзя было провести в один день, а погодные условия могли повлиять на состояние покрытия дороги и, следовательно, на точность опытов. Учитывая это, все опыты проводились при сходных погодных условиях (покрытие дороги должно быть сухим). Измерения проводились по три раза, в таблицу вносилось среднеарифметическое значение трех результатов.
Чистота измерений в экспериментах осложнялась тем, что каждый водитель участвовал в опыте на своем транспортном средстве (разные технические характеристики и возможности). Это обстоятельство нельзя было изменить, так как каждый водитель привык к вождению именно своего транспортного средства и переход на другое мог внести еще более существенную разницу в условия проведения опыта для каждого водителя (см. Приложение № 7., Таблица №1.)
Эти же опыты проводились после изменения состояния водителя (см. Приложение № 7, Таблица №2.)
«Физика человека»
Основное содержание курса 3-4
Тематическое планирование курса 5
Список литературы 6
Пояснительная записка
В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания на физические параметры, характеризующие человека. Однако в связи с изучением вопросов психологии в школе, моделировании процессов, происходящих в живых организмах, в технике, развитием такой науки как бионика у учащихся всё чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека.
В ходе изучения данного курса учащиеся не только удовлетворят свои образовательные потребности, но и получат навыки исследовательской деятельности, познакомятся с методами исследования в физике и биологии, получат краткие данные о медицинской и биологической аппаратуре. Навыки, полученные при работе с измерительными приборами, выполнение практических работ и постановка эксперимента пригодятся в дальнейшей научно-технической деятельности. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет им установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, сформирует интерес не только к физике, но и биологии.
Программа курса носит практико-ориентированный характер с элементами научно-исследовательской деятельности.
Изучение элективного курса рассчитано на 17 часов, из них на изучение теоретических вопросов 7,3 ч. (43%), практических занятий (решение задач, выполнение лабораторных работ) -9,7 ч. (57%)
Основные цели курса:
Показать учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму, перспективное развитие науки и техники, а также показать в каких сферах профессиональной деятельности им пригодятся полученные на спецкурсе знания.
Создать условия для формирования и развития интеллектуальных и практических умений у учащихся в области физического эксперимента.
Развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию.
Задачи курса:
Способствовать формированию познавательного интереса к физике, развитию творческих способностей у учащихся.
Развивать интеллектуальную компетентность учащихся.
Формировать навыки выполнения практических работ, ведения исследовательской деятельности.
Совершенствовать навыки работы со справочной и научно популярной литературой.
По окончании изучения курса учащиеся должны знать:
Какие физические законы можно использовать при объяснении процессов, происходящих в организме человека.
Особенности своего организма с точки зрения законов физики. уметь:
Работать с различными источниками информации.
Наблюдать и изучать явления, описывать результаты наблюдений.
Моделировать явления, отбирать нужные приборы, выполнять измерения, представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков, ставить исследовательские задачи.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Содержание курса качественно отличается от базового курса физики. На уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Однако очень важно, чтобы у учащихся постепенно складывались убеждения в том, что, причинно-следственная связь явлений имеет всеобщий характер и что, все явления, происходящие в окружающем нас мире, взаимосвязаны. В курсе рассматриваются вопросы, направленные на развитие интереса к физике, к экспериментальной деятельности, формирование умений работать со справочной литературой. По окончании изучения курса учащиеся составляют "Физический паспорт человека".
Механические параметры человека 9ч.
Физика. Человек. Окружающая среда. Линейные размеры различных частей тела человека, их масса. Плотности жидкостей и твердых тканей, из которых состоит человек. Сила давления и давление в живых организмах.
Скорости проведения нервных импульсов. Законы движения крови в организме человека. Естественная защита организма от ускорения.
Проявление силы трения в организме человека, естественная смазка.
Сохранение равновесия живыми организмами. Центр тяжести тела человека. Рычаги в теле человека. Ходьба человека. Виды суставов. Деформация костей, сухожилий, мышц. Прочность биологических материалов. Строение костей с точки зрения возможности наибольшей деформации.
Тело человека в гравитационном поле Земли. Условия длительного существования человека на космической станции. Меры защиты летчиков и космонавтов от ускорения. Невесомость и перегрузки.
Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности. «Энергетика» и развитие человека. Применение закона сохранения энергии к некоторым видам движения человека.
Лабораторные работы.
1. Определение объема и плотности своего тела.
2. Определить среднюю скорость движения.
3. Определение времени реакции человека.
4. Градуировка динамометра и определение становой силы человека.
5. Определение коэффициентов трения подошв обуви человека о различные поверхности.
6. Определение мощности, развиваемой человеком.
Колебания и волны в живых организмах 2ч.
Колебания и человек. Происхождение биоритмов. Сердце и звуки, сопровождающие работу сердца и легких, их запись. Стетоскоп и фонендоскоп. Выстукивание - как один из способов определения размеров внутренних органов и их состояния. Радиоволны и человек.
Звук как средство восприятия и передачи информации. Орган слуха. Ультразвук и инфразвук. Область слышимости звука. Голосовой аппарат человека. Характеристики голоса человека. Слуховой аппарат.
Лабораторная работа.
7. Изучение свойств уха.
Тепловые явления 2 ч.
Терморегуляция человеческого организма. Роль атмосферного давления в жизни человека. Осмотическое давление. Изменение кровяного давления в капиллярах. Влажность. Органы дыхания.
Тепловые процессы в теле человека. Человек как тепловой двигатель. Энтропия и организм человека. Второе начало термодинамики и способность к самоорганизации.
Лабораторная работа.
8. Определение дыхательного объема легких человека.
9. Определение давления крови человека.
Электричество и магнетизм 2ч.
Электрические свойства тела человека. Биоэлектричество. Бактерии - первые электрики Земли. Фоторецепторы, электрорецепторы, биоэлектричество сна. Электрическое сопротивление органов человека постоянному и переменному току. Магнитное поле и живые организмы.
Лабораторная работа.
10. Определение сопротивления тканей человека постоянному и переменному электрическому току.
Оптические параметры человека 1ч.
Строение глаза человека. Сила аккомодации глаза. Оптическая сила. Дефекты зрения и способы их исправления. Особенности зрения человека. Разрешающая способность глаза человека. Как получается, что мы видим. Граммофонная пластинка и глаз. Для чего нам два глаза. Спектральная и энергетическая чувствительность глаза.
Лабораторная работа.
11. Наблюдение некоторых психофизиологических особенностей зрения человека.
12. Определение характеристических параметров зрения человека.
Система аттестации учащихся . После окончания изучения курса зачет ставится при выполнении следующих условий:
1. Активное участие в подготовке и проведении семинаров, конференций, выпуске газет, изготовлении моделей.
2. Выполнение не менее половины лабораторных работ.
3. Выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского характера.
4. Составление "Физического паспорта человека".
ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ КУРСА
Тема занятия
Количество часов
всего
теория
практика
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА (9 Ч)
Физика. Человек. Окружающая среда.
Кинематика и тело человека.
Законы Ньютона в жизни человека.
Человек в условиях невесомости и
перегрузок
Прямохождение и опорно-двигательная система человека.
Проявление силы трения в организме человека.
Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности.
Статика в теле человека.
Давление и тело человека.
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ (2 ч)
Колебания и человек.
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ (1 Ч)
Тепловые процессы в теле человека.
Второе начало термодинамики.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. (2 Ч)
Электрические свойства тела человека
Магнитное поле и живые организмы.
ОПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА (1 Ч)
Глаз и зрение
Конференция.
Итого:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агаджанян Н.А. Ритм жизни и здоровье. - М.: Знание, 1975.
2. Безденежных Е.А., Брикман И.С. Физика в живой природе и медицине. - Киев, 1976.
3. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. - М., 1986.
5. Беркинблит М.Б. и др. Электричество в живых организмах. - М.: Наука, 1988.
6. Боярова О. и др. С головы и до пят. - М.: Детская литература, 1967.
7. Булат В.А. Оптические явления в природе. - М.: Просвещение, 1974.
8. Гальперштейн Л. Здравствуй физика! - М.: Просвещение, 1973.
9. Газенко О.Г., Безопасность и надежность человека в космических полетах.// Наука и жизнь. -1984 №3.
10. Енохович А.С. Справочник по физике. - М.: Просвещение, 1991.
11. Елькин В.И. Необычные учебные материалы по физике. - М.: Школа-Пресс, 2001.
12.. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии биологии. - М.: Просвещение, 1986.
13. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. - М.: Просвещение, 1988.
14. Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике. - М.: Просвещение, 1977.
15. Ланина И.Я. Не уроком единым. - М.: Просвещение, 1991.
16. Манойлов В.Е. Электричество и человек. -Л: Энергоатомиздат, 1988.
17. Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими примерами. - М., 1986.
18. Популярная медицинская энциклопедия. - М., 1979.
19. Рыдник В.И. О современной акустике. - М.: Просвещение, 1979.
20. Сергеев Б.А. Занимательная физиология.- М.: Просвещение, 1977.
21. Силин А.А. Трение и мы. - М., 1987.
22. Синичкин В.П. Синичкина О.П, Внеклассная работа по физике. - Саратов: Лицей, 2002.
23. Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений, - М., 1986.
24. Хуторской А.В., Хуторская Л.Н. Увлекательная физика. - М.: АРКТИ, 2000.
25. Хрипкова А.Г. Физиология человека. - М.: Просвещение, 1971.
26. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика. - М.: АСТ, 1998.
27. Мир физики. Занимательные рассказы о законах физики. С.Петербург «МиМ-Экспресс».1995
28. О.П. Спиридонов. СВЕТ. Физика, информация, жизнь. М. «Просвещение». 1993