Физика моего тела

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА с. ВЯЗОВКА

секция естественных наук и

экологического краеведения

Физика моего тела

работу выполнила:

Мухина Елена , 14 лет

руководитель:

Колеганова Светлана Николаевна,

учитель физики,

8904 – 057-39-06

2014 год

Оглавление

1. Введение………………………………………………………………………….4

1. Актуальность………………………………………………………………4
2. Цель…………………………………………………………………….......4
3. Задачи………………………………………………………………………4
4. Предмет исследования……………………………………………………4
5. Гипотеза……………………………………………………………………4

2. Методика исследования…………………………………………………………4

1. Средства……………………………………………………………………4
2. Сроки реализации…………………………………………………………4
3. Методы исследования…………………………………………………….4
4. Классификация…………………………………………………………….4

3. Основная часть…………………………………………………………………...5

1. Частота пульса…………………………………………………………….5
2. Скорость движения……………………………………………………….5
3. Масса тела…………………………………………………………………6
4. Объем тела…………………………………………………………………6
5. Масса воздуха……………………………………………………………..6
6. Сила тяжести, вес тела……………………………………………………6
7. Давление на землю………………………………………………………..6
8. Сила давления атмосферного воздуха…………………………………...7
9. Артериальное давление…………………………………………………...7
10. Архимедова сила…………………………………………………………..7
11. Работа………………………………………………………………………7
12. Мощность………………………………………………………………….8
13. Потенциальная энергия…………………………………………………...8
14. Кинетическая энергия…………………………………………………….8
15.  Центр тяжести…………………………………………………………….8
16. Средняя температура воздуха……………………………………………8
17. Температура тела………………………………………………………….9
18. Энергетическая ценность…………………………………………………9

4. Заключение……………………………………………………………………...13
5. Список используемой литературы…………………………………………….14
6. Тезисы…………………………………………………………………………...15
7. Рецензия…………………………………………………………………………16
8. Приложения……………………………………………………………………..17

 I. Введение

1. Актуальность

В 2012-2013 учебном году у нас появился новый предмет – физика. С первого урока мы от учителя физики получили задание измерить кое - какие свои параметры. Выполнив задание,  я поняла, что я являюсь частью природы, а физика - это наука о природе. Значит, мое тело и внутренние процессы, происходящие в моем организме должны подчиняться законам физики. Мне стало интересно исследовать себя с точки зрения физики, и я поняла, что хочу узнать о себе как можно больше. И еще я осознала, что такая работа – этот процесс длительный, ведь чтобы получить данные о себе, я должна постепенно изучить законы физики. Так началась моя работа по изучению себя, как представителя мира природы.  Свою исследовательскую работу я назвала «Физика моего тела».

2. Цель: исследовать свои физические данные на основе законов физики.

3. Задачи:

1. Изучить законы физики применительно к конкретным случаям.

2. Используя законы физики, рассчитать свои физические данные (по ходу изучения физики).

3. Составить банк данных.

4. Предмет исследования: Я – человек, часть природы.

5. Гипотеза: мое тело подчиняется законам физики; внутри меня происходят физические процессы.

II. Методика исследования

1. Средства: законы физики.

2. Сроки реализации: с 01.09.12 г. по 30.11.13 г. (по ходу изучения законов физики).

3. Методы исследования: анализ, классификация, наблюдение, обследование, статистический.

4. Классификация исследовательской работы: исследование – размышление.

III. Основная часть

Без теоретического материала нельзя провести данное исследование. Поэтому первым этапом было изучение соответствующего закона. Эти знания я получала на уроках физики, из учебников физики, а также при рассмотрении примеров из жизни. А дальше я применяла данные законы для расчета своих данных. Получение последующего данного часто было связано с предыдущим, т.е. чтобы рассчитать одну величину надо знать предыдущую. Это подтверждает, что в физике все взаимосвязано. Одни изменения несут в себе изменение другие.  

Я живу в мире людей, общаюсь с ними. Когда же человека можно считать своим другом? Мама мне говорит, что добрых людей стало мало, а классный руководитель на классном часе сказала: «Чтобы узнать человека, надо съесть с ним пуд соли». Я задала себе вопрос: «Сколько же это месяцев надо прожить рядом с человеком?» (каждый день человеку необходимо 5 г соли (данные дала учитель)). Чтобы ответить на этот вопрос, я произвела следующие расчеты:

1 пуд = 16 кг = 16000 г.

16000 г : 5 г = 3200 суток

В году 365 дней. Поэтому 3200 : 365 ≈ 8 лет 7 месяцев = 103 месяца.

Это срок длительный. За это время действительно можно узнать человека.

А я приступила к изучению непосредственно себя.

Первый этап работы предполагал измерение своего роста (162 см), расстояния между глазами (5 см), диаметра головы (53 см). Сравнив эти данные с данными моих одноклассников, я поняла, что эти данные отличаются, значит, каждый человек индивидуален. После этого я стала записывать полученные свои данные в виде плана.

1. Мой пульс – это 48 ударов в минуту. Для определения частоты биения пульса я воспользовалась знаниями математики. Для этого количество ударов я разделила на 60 с, так как в 1 мин = 60 с. Итак, частота моего пульса составляет 0,8 уд/с.
2. Для определения скорости движения я воспользовалась формулой v = .

Так я получила скорость от школы до дома: S = 380 шагов, t = 6 мин → v = 63 ш/ мин

скорость на дистанции 60 м: t = 10 с, v = 6 м/с

скорость на дистанции 100 м: t = 14 с, v = 7,1 м/с

Моя скорость – это средняя скорость движения, а движение неравномерное, в первом случае криволинейное, во втором – прямолинейное.

3. Свою массу я измерила с помощью прибора, который называется весы. Она оказалась равной 58 кг.
4. Зная свою массу и получив данные от учителя, что плотность человека близка к плотности воды (1000 кг/м3, так как человек на 90 % состоит из воды), я для определения своего объема тела я воспользовалась формулой: V = m/ ρ.

Так я получила: V = 58 кг/ 1000 кг/м3 ≈ 0,058 м3.

5.   Я живу в доме, где у меня есть своя комната. Для нахождения массы воздуха в моей комнате воспользовалась формулой: m = V * ρ, а также V = abc .

Если а = 3,5 м, b = 2 м, c = 2, 58 м, то V = 3,5 м * 2 м *2,58 м ≈ 18,06 м3.

Зная, что ρ = 1,29 кг/ м3, нашла массу воздуха: m = 1,29 кг/м3* 18,06 м3 ≈ 23 кг.

Чтобы найти массу воздуха в нашем кабинете мы воспользовались этими же формулами.

Если a = 6,67 м, b = 5,81 м, c = 3 м, то V = 116,3 м3. А масса воздуха в кабинете m = 1,29 кг/м3 * 116,3 м3 ≈ 150 кг.

Зная, что учеников в классе 4 и еще учитель, найдем массу воздуха на каждого ученика: общую массу разделим на 4 человека, которые находятся в классе.

150 кг : 4 = 37,5 кг. Вот какой груз приходится нести на себе.

6. Я живу на планете Земля, а значит, на меня действует сила тяжести, которая направлена к центру Земли. Для расчета силы тяжести воспользовалась формулой: F = mg. Чтобы узнать мою силу тяжести на Луне, я взяла данные ускорения свободного падения на ней у учителя.  Оно равно 1,6 Н/кг.

Итак, на Земле: Fт = 58 кг * 10 Н/ кг ≈ 580 Н, на Луне: Fт = 58 кг * 1,6 Н/кг = 92,8 Н.

А значит, и мой вес тоже равен 580 Н.

7.  Для нахождения давления мне нужна была формула P = F/ S.

Сначала я рассчитала свое давление на землю, если я стою на двух ногах. Для этого я рассчитала площадь поверхности моей стопы (метод вычисления взяла в учебнике). Расчеты показали, что моя стопа имеет площадь 0,015 м2, а две стопы – 0,031 м2. Итак, мое давление на двух ногах:

Р = 580 Н/0,031м2 18355 Па, а на одной ноге Р = 580 Н/0,015м2 36709  Па.

Чтобы рассчитать свое давление на землю, когда я катаюсь на лыжах, надо было рассчитать площадь поверхности лыж. Длина лыжи – 1,71 м, ширина – 0,04 м. Тогда ее площадь равна S = 0,0684 м2. А двух лыж: 0, 1368 м2. Зная, что давлю на землю с силой, равной весу моего тела, давление при катании на лыжах равно: Р = 580 Н/ 0,1368 м2 ≈ 4240 Па.

8. Чтобы узнать силу давления атмосферного воздуха, мне надо было знать атмосферное давление в тот день, когда я делала расчеты, перевод мм.рт.ст. в Па, формулу для расчета силы давления: F = P* S. Значение атмосферного давления я взяла из Интернета.

Р = 747 мм.рт.ст. * 133 Па ≈99351 Па.

F = 99351 Па * 1 м2 ≈ 10 000 Н → а масса воздуха m ≈ 1000 кг.

9. Одним из важных факторов любого человека (его индивидуальной характеристикой) является его артериальное давление. Для его измерения я воспользовалась прибором для измерения давления. Верхняя граница оказалась равной 120, а нижняя 70 мм.рт.ст., что соответствует нормальному давлению.
10.  Я купаюсь в ванне, в пруду, в речке. А значит, на меня действует выталкивающая сила, т.е. архимедова сила. Для вычисления архимедовой силы использовала формулу FА = ρж g Vт. Все необходимые данные имела в своих записях. FА = 1000 кг/м3 * 10 Н/кг * 0,058 м3 ≈ 580 Н
11.  Для того чтобы вычислить, какую работу мне нужно совершить, чтобы подняться с первого этажа дома на второй, когда я иду к подруге, мне надо было замерить высоту, на которую я поднимаюсь. Высота равна 2,6 м. Используя формулу А = F * S, где F = P, S = h, нашла работу. А = 580 Н * 2,6 м ≈ 1508 Дж.
12.  Тогда моя мощность при совершении этой работы будет вычисляться по формуле:

N = .  N = 1508 Дж/ 9 с = 167 Вт.

13. Потенциальная же энергия будет вычисляться по формуле: Ер = m g h. Тогда

Ер = 58 кг* 10 Н/кг * 2,6 м = 1508 Дж.

14. Кинетическая энергия моего движения при беге на дистанции 100 м равна:

          Ek =mv2/2, Е = 58 кг* (7,1)2/2 = 1461,89 Дж.

15. Из урока по теме «Центр тяжести» я узнала, что центр тяжести женщин и мужчин отличается. У нас, представителей женского пола, центр смещен. Именно поэтому мы можем ходить на каблуках.
16. Когда я стала изучать уже в 8 классе основную характеристику - температуру, решила рассчитать среднюю температуру воздуха на третьей и четвертой неделе сентября 2013 года. Эти данные я взяла из «Архива погоды» метеослужбы Нижегородской области. Данные занесла в таблицу № 1 и построила график.

Таблица № 1. Данные дневных температур за сентябрь 2013 г.

Среднее значение температуры с 16 сентября по 30 сентября 2013 г – 10,6 °С

Рис.1 График дневных показаний температуры с 16.09. по 30.09.2013 года

Мне эта информация необходима для того, чтобы одеваться по погоде и не простудиться.

Такие графики широко используются на метеостанциях, также в больницах. Когда по графику температуры тела человека можно определить, как протекает заболевание.  

17. Я замерила температуру своего тела с помощью медицинского термометра. Она оказалась равной 36, 9 0С. Это нормальная температура тела, которая говорит, о том, что я здорова. Из своего опыта я знаю, что если температура тела становиться выше 37 0С, то я себя чувствую нехорошо. Человек должен контролировать температуру своего тела.
18. Мы, люди, живые существа, а живой организм – это энергетическая машина. Живые организмы также способны совершать механическую работу, но за счет «сгорания» своеобразного топлива – пищи. К ним тоже применимы такие понятия, как полезная работа и КПД. Любое движение тела живого организма связано с расходом энергии. Затраты энергии прямо пропорциональны интенсивности выполняемой работы.

Таблица № 2. Затраты энергии при различных режимах физического        труда.

С затратами энергии связывают и классификацию видов труда. Умственная работа характеризуется ежедневным расходом энергии до 10800 кДж, на физическую работу средней тяжести тратится до 14300кДж/день, а на тяжелую физическую работу до 16700 кДж/день. При различных видах деятельности человека значение КПД варьируется от 10 до 30 %.

Для совершения любой работы и поддержания работоспособности необходима энергия. Ее запасы периодически пополняются за счет пищи. Мы знаем, что различное топливо имеет различную теплоту сгорания. Пища тоже обладает своего рода теплотой сгорания – ее называют калорийностью. Калорийность продуктов различна. На упаковке каждого из них мы можем найти информацию о калорийности или энергетической ценности продукта. Так на баночке кока-колы я прочитала: 50,47 ккал, на коробке конфет – 549 ккал, на пачке печенья – 243,5 ккал, на баночке консервов – 279 ккал. Что же такое калория? Это – единица измерения. Ее название произошло от латинского слова «calor», что означает «тепло». Калория внесистемная единица измерения количества теплоты. Раньше она широко использовалась, но после введения СИ была заменена другой, хорошо известной нам единицей – джоуль. Тем не менее, калория еще продолжает по традиции применяться в отдельных случаях. Поэтому надо знать, как связаны джоуль и калория: 1 ккал = 4,19 Дж. Замечу, что теперь на упаковках пищевых продуктов их энергетическая ценность указывается также в джоулях. Основной энергетический материал пищи – это жиры и углеводы. Энергия, заключенная в пище, благодаря сложным биохимическим процессам в моем  организме, превращается в другие виды, в частности в механическую и внутреннюю энергию. Все они используются в процессе жизнедеятельности.

Посмотрев на примерный рацион питания ученика на один день и его энергетическую ценность, я оценила энергетическую ценность своего рациона питания, но для этого воспользовалась таблицей «Калорийность продуктов». Ее я нашла в интернете. У меня получилась следующая таблица, если учесть, что я завтракаю, обедаю и ужинаю.

Таблица № 3. Энергетическая ценность продуктов.

Зная, что в минуту я трачу на уроке приблизительно 15 кДж энергии, то за урок я потрачу 600 кДж, а за 6 уроков – 3600 кДж. Считая, что за завтраком я получаю 1676,5 кДж, а за обедом – 3100 кДж, тогда всего я получу – 4778 кДж. Этой энергии мне хватит, чтобы покрыть ее расходы на 6 уроков.

19. В чем же преимущество «живого» теплового двигателя над ДВС? Отвечаю: он не загрязняет окружающую среду и экологически безопасен.

IV. Заключение

 Проделав огромную работу над исследованием «Физика моего тела» я сделала и узнала следующее:

1. Изучила законы физики, выраженные в формулах, которые применила для расчета своих физических данных. Для этого мне понадобилось большое количество времени.

2. Собрала банк данных о себе. Узнала много интересного.

3. Полученные данные теперь буду использовать в повседневной жизни.

Считаю, что цели своей достигла и доказала себе, что я действительно часть природы, потому законы физики применимы и ко мне.

V. Список используемой литературы

1. Балашов М.М. О природе. 7 класс, - М.: Просвещение, 1991 г.- 64 с.
2. Балашов М.М. О природе. 8 класс, - М.: Просвещение, 1991 г.- 95 с.
3. Нинбург Е.А. технология научного исследования // исследовательская работа школьников, - 2007. - № 1. – с.55-63.
4. Перышкин А.В. Физика. 7 класс, - М.: Дрофа, 2010 г. – 192 с.
5. Перышкин А.В. Физика. 8 класс, - М.: Дрофа, 2010 г. – 192 с.

Список используемых интернет – ресурсов

1. http://www.gismeteo.ru/catalog/russia/266/

VI. Тезисы

Исследовательская работа «Физика моего тела» показывает, что человек является частью природы. Именно поэтому его физические данные можно рассмотреть на основе физических законов. Можно составить банк данных, включающий в себя: биение пульса, рост, скорость движения, массы тела, объема тела, объема воздуха в комнате, веса тела, силы тяжести, действующей на тело, давления на землю, стоя на двух ногах, на одной ноге, на лыжах, силы давления атмосферного воздуха, артериального давления, архимедовой силы, действующей в воде при купании, потенциальной энергии при поднятии на второй этаж, мощности тела (сравнение с машиной), кинетической энергии при беге, температуре тела, температуре воздуха на лице, употреблении пищевых продуктов для поддержания энергетического баланса организма. Все полученные данные применимы в повседневной жизни.

Эта работа отличается от других исследовательских работ большим сроком реализации, который необходим для получения теоретических знаний, а также непрозрачностью границы между теоретической и практической частями работы.

VII. Рецензия

В работе «Физика моего тела» автор ставит перед собой конкретную цель, которую достигает постепенно, решая поставленные задачи. Цель и задачи взаимосвязаны.

В результате проведенного исследования был собран банк данных, который содержит в себе конкретную информацию физических данных самого автора работы.

Автор оперирует основными физическими законами, используя их при расчетах.

Ошибки в расчетах отсутствуют.

Работа выполнена грамотно с точки зрения физики, что показывает связь одного этапа работы с последующим и предыдущим.

Автор проводит анализ полученных результатов и даже показывает (в отдельных этапах) их применение на практике в повседневной жизни.

Считаю, что проведенное исследование имеет практическое значение для автора работы.

Руководитель учитель физики Колеганова Светлана Николаевна

VIII. Приложение