Познай самого себя («Nosce te ipsum». Сократ)

Районная открытая научная конференция школьников

                                                                   Секция: физика

Название работы: Познай самого себя

(«Nosce te ipsum». Сократ)

                                                                    Автор работы: Клименко Анна Григорьевна

              Место выполнения работы: ст. Расшеватская

                                                             МОУ СОШ №9, 8 класс.

                                                    Научный руководитель: Певкина Елена Васильевна,   учитель физики МОУ СОШ № 9

Новоалександровск, 2017

Оглавление

Введение

Необычайно сложен мир неживой природы. Разве не удивительно строение вещества, из которого состоят окружающие нас предметы, и разве не величественна картина бесконечного космоса? Ещё более сложен мир живой природы - растения и животные, но самое высокое в природе - человек. Он познал многие сокровенные тайны окружающего и научился управлять явлениями природы, изменять их, но насколько человек изучил самого себя?

Первыми, кто обратился к проблеме человека были софисты. Их мнение о том, что человек только в себе самом может найти истину, чётко сформулировал софист Протагор: "Человек есть мера всех вещей существующих, что они существуют, не существующих, что они не существуют".

 Философы всё время сталкивались с невозможностью определения человека, хотя всегда были попытки дать таковое. "Человек разумный" (homo sapiens), "человек делающий" (homo faber), "человек играющий" (homo ludens), Маркс говорил о человеке как о животном, производящем орудия труда, Гегель - как о млекопитающем с мягкой мочкой уха (в шутку, конечно), Ницше считал, что человек - это животное, умеющее обещать, и т.д.

  Познание самих себя, разгадывание этой вечной загадки и составляет основное содержание человеческой истории и культуры.

  Решением этой фундаментальной проблемы захотела заняться и я. Мне уже 14 лет - это возраст пытливого ума, жадного стремления к познанию, возраст поисков, кипучей деятельности, энергичных движений. Возникновение потребности в самопознании своих особенностей, размышления о себе самом - характерная черта всех подростков и меня, в частности. Поэтому дельфийское изречение "Познай самого себя" стало целью не только для Сократа, но и актуально для меня в настоящий период моей жизни.

Но как объяснить, что такое человек? Физические опыты и наблюдения позволяют довести изучение явлений окружающего мира до осязательного и действенного восприятия, поэтому в своем исследовании я буду использовать именно их. На уроках физики, практически, не уделяется внимание физическим параметрам, характеризующим человека, поэтому для меня это ново и интересно. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет мне установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, повысить интерес не только к физике, но и биологии.

В процессе работы я хочу проверить гипотезу о единстве законов природы и применимости законов физики к живому организму.

Исходя из вышесказанного, целью моей работы стало изучение характеристик моего тела с использованием физических опытов.

В своей работе я поставила следующие задачи:

• найти учебный материал в дополнительной литературе, в Интернет-ресурсах и СМИ;
•  изучить основные характеристики тела, используя законы физики;
• проанализировать результаты эксперимента.

Методы исследования

• работа с дополнительной литературой;
•  работа с Интернет-ресурсами;
• эксперимент;
• расчет результатов.

Научные методы исследования

• Метод анализа и синтеза.
• Эмпирические методы.
• Математические методы.

ПОЗНАЙ САМОГО СЕБЯ («Nosce te ipsum». Сократ) 

Моя работа основывается на следующем. Человек – часть природы, и его тело подчиняется тем же законам физики. Сократовское «Познай самого себя» мною понимается, в том числе, и как познай свое тело и те физические законы, которым оно подчиняется. В физике описание явлений и тел дается с помощью некоторых величин. Люди привыкли характеризовать движение – скоростью и направлением, свет —длиной волны, звук —частотой и амплитудой. Но как объяснить, что такое сам человек? В своей работе я стремлюсь изучить человека объективно как некий внешний предмет. В связи с этим, я провела ряд простых экспериментов и наблюдений.

При подготовке к исследованию я отобрала ряд методик, позволяющих мне описать тело человека (Приложение).

Все полученные характеристики моего тела я занесла в таблицу «Познаю себя» и проанализировала полученные результаты.

 Таблица «Познаю себя».

Заключение.

В ходе работы над проектом мною были определены следующие характеристики: масса тела, рост, объем и плотность тела, площадь поверхности тела, сила давления атмосферы на тело, средняя длина шага, средняя и максимальная скорость движения, давление тела на поверхность, высота положения центра тяжести, механическая работа при прыжке в высоту, средняя мощность, развиваемая при беге на дистанцию 60 м, средняя мощность, развиваемая при приседании, средняя мощность, развиваемая при подъеме по лестнице, масса, которую может поднять человек, дыхательный объем легких, время распределения нервного импульса человека, изучены свойства глаза (обнаружение слепого пятна, изменение диаметра зрачка, аккомодация глаза, определение точек ясного видения, обнаружение «борьбы полей зрения», изучение особенностей бинокулярного зрения). 

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований я могу сделать следующие выводы:

1. Я убедилась в том, что человек – часть Природы и подчиняется тем же законам физики.

2. Мощность человека зависит прямо пропорционально от массы тела, скорости его движения, расстояния, которое он преодолевает и высоты подъема и обратно пропорционально от времени, в течении которого человек совершает ту или иную работу.

3. По результатам исследований время реакции составляет от 0,32 до 0,44 секунд.  Время реакции зависит от времени суток. При составлении расписания уроков необходимо учитывать время реакции ученика на внешнее воздействие. Предметы, имеющие высокий коэффициент сложности, должны стоять в расписании вторым или четвертым уроком.

4. Глаза – один из основных инструментов человека для получения информации об окружающем мире. Этот парный орган – сложная система из двух линз и приемного устройства – сетчатки.

В ходе работы я уточнила свои представления о строении, жизнедеятельности, возможностях человеческого организма, кроме того, у меня сформировалось осознанное желание следить за своим здоровьем, совершенствовать свое физическое развитие, поддерживать интерес к занятиям физическими упражнениями и спортом.

Исходя из вышесказанного, я считаю, что цель работы - доказательство единства законов природы, применимость законов физики к живому организму - выполнена.

Конечно, человека нельзя определить однозначно и окончательно — слишком он многогранный, разносторонний в своих мыслях, делах и свершениях, и ни одно из его многочисленных свойств не является главным и решающим для его понимания.

Библиографический список.

1. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. – М.: Наука, 1986. – 144 с.
2. Гоциридзе Г.Ш. практические и лабораторные работы по физике. 7-11 классы. –М.: Классикс стиль, 2004. - 96 с.
3. Енохович А.С. Справочник по физике. -2-е издание, перераб. И доп. – М.: Просвещение, 1990. – 384с.
4. Зверев И.Д. Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека. Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1978. - 239с.
5. Зуев П.В. Простые опыты по физике в школе и дома. Метод. Пособие для учителей.  – М.: Флинта, 2012. – 146 с.
6. Кабардин О. Ф., Орлов В. А., Пономарева А. В. «Факультативный курс физики для 8 класса». Москва «Просвещение».
7. Тарасов Л.В. Физика в природе. – М.: Просвещение, 1988. – 351с.

Приложение.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА И ПЛОТНОСТИ СВОЕГО ТЕЛА.

1. Налейте в ванну теплой воды и отметьте карандашом ее уровень.
2. Погрузитесь в воду и отметьте ее новый уровень.
3. Объем вытесненной воды (объем тела без учета головы) можно узнать экспериментально, доливая воду ведром (бутылкой из-под газированной воды или другой емкостью известного объема) до сделанной отметки.
4. Для того чтобы учесть и объем головы, измерьте обхват (длину окружности) головы lГ (м) и, считая ее шаром, рассчитайте объем: VГ = .
5. Рассчитайте общий объем Vобщ (м3) своего тела: Vобщ = VТ+ VГ.
6. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов.
7. Найдите плотность р (кг/м3) своего тела:  .
8. Сравните плотность своего тела с плотностью воды.
9. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ВЫЧИСЛЕНИЕ ОБЪЕМА СВОЕГО ТЕЛА.

Моделью человеческого тела в очень упрощенном виде можно считать набор следующих геометрических фигур: голова - шар, туловище - прямоугольный параллелепипед, руки и ноги - усеченные конусы.

Сделайте соответствующие измерения и найдите полный объем своего тела: ,

где VГ - объем головы; VT - объем туловища; Vp - объем руки; Vн - объем ноги; lГ - обхват (длина окружности) головы; LТ, bT, сТ - длина, ширина и толщина туловища соответственно; Lp - длина руки от кончиков пальцев до плеча, lр1 и lр2 - обхват предплечья и ладони соответственно; Lн - длина ноги, lн1 и lн2 - обхват бедер и щиколотки.

Сравните вычисленный объем тела с объемом, полученным при погружении в воду.

Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ СВОЕГО ТЕЛА.

1. Используя результаты измерений предыдущей работы, вычислите площадь поверхности своего тела: .
2. Измерьте массу своего тела т (кг) и свой рост h (м). Вычислите площадь своего тела по эмпирической формуле Мостеллера, которая применяется в медицине:

S(м2) = .

3. Сравните полученные результаты.
4. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА СВОЕ ТЕЛО.

1. По барометру определите атмосферное давление Ратм (Па).
2. Вычислите площадь поверхности своего тела S (см. предыдущее задание).
3. Определите силу давления атмосферы Fатм (Н) на свое тело: F атм= pатм ·S.
4. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ ШАГА.

1. Пройдя известное расстояние (можно использовать школьную спортивную площадку), посчитайте, сколько ваших шагов N оно составляет.
2. Найдите среднюю длину своего шага lср:  .
3. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ.

1. Взяв за точку отсчета входную дверь своего дома, подсчитайте количество шагов N, например, до входной двери школы. Одновременно по часам измерьте промежуток времени t (с) вашего движения.
2. Зная среднюю длину своего шага lср (см. предыдущую работу), найдите расстояние s (м) от дома до школы.
3. Вычислите среднюю скорость движения vср (м/с): .
4. На основании данных, полученных на уроках физкультуры, рассчитайте среднюю скорость своего бега на 60 м. Это максимальная скорость vтах вашего движения.
5. Сравните среднюю скорость своего движения с максимальной скоростью.
6. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ СВОЕГО ТЕЛА НА ПОВЕРХНОСТЬ.

1. Поставьте ногу на бумагу в клетку (например, на лист из ученической тетради) и обведите карандашом ее контур.
2. Посчитайте количество целых клеток N и количество нецелых клеток п на площади своей ступни.
3. Найдите площадь ступни S1: м2.

Проделайте пункты 1-3, наступив на бумагу влажной ступней (после душа). Ее отпечаток покажет истинную площадь опоры Sи. Сравните ее с S1.

4. Найдите площадь обеих ступеней Sобщ: Sобщ=2S2.
5. Измерьте массу своего тела т на весах.
6. Найдите вес своего тела Р (Н). Он равен силе тяжести, которая действует на ваше тело: Р = F = mg.
7. Найдите давление р (Па), которое вы оказываете на поверхность, на которой стоите: .
8. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ РУК.

1. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов.
2. В спортивном зале поднимитесь по канату без помощи ног, измерьте время подъема t (с).
3. Зная высоту h (м), на которую вы поднялись, рассчитайте работу своих рук А (Дж) при подъеме: А = mgh.
4. Рассчитайте мощность N (Вт) своих рук: .
5. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА.
   1. Лягте на пол, опираясь животом на валик.
   2. Перемещая валик, найдите положение, при котором ваше тело в состоянии мускульного напряжения будет находиться в равновесии.
   3. Точка опоры укажет положение центра масс.

4. Сядьте на стул. Попробуйте встать, не меняя положения ног и не нагибая корпуса. Встать в таком положении не удается. Напомним, что для того чтобы встать, необходимо переместить центр масс. Воображаемая линия, проведенная из центра масс перпендикулярно полу должна проходить внутри площадки, ограниченной ступнями.
   5. При помощи отвеса определите нахождение центра масс.
   6. Запишите ответ, сделайте вывод об условии равновесия тел.

7. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПРИ ПРЫЖКЕ В ВЫСОТУ.

1. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов.
2. Измерьте высоту Н(м) своей поясницы (приблизительно на этой высоте находится центр тяжести вашего тела).
3. Измерьте высоту планки h (м), которую вы хотите перепрыгнуть.
4. Сделайте прыжок и вычислите совершенную вами при этом механическую работу А (Дж): А = mg(h-Н).
5. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ, РАЗВИВАЕМОЙ ПРИ БЕГЕ НА ДИСТАНЦИЮ 60 м.

1. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов.
2. Пробежав дистанцию s=60 м, измерьте время t (с) за которое вы преодолели дистанцию.
3. Считая движение равноускоренным, вычислите среднюю мощность Ncp, развиваемую вами при беге:      при  .
4. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ, РАЗВИВАЕМОЙ ПРИ ПРИСЕДАНИИ.

1. Измерьте высоту своей поясницы Н (м).
2. Измерьте высоту своего тела h (м) в положении «присев» (центр тяжести тела при этом находится примерно на высоте 0,5 h).
3. Измерьте массу своего тела т (кг) с помощью весов.

5. Сделайте n приседаний за промежуток времени t (с).
6. Вычислите развиваемую мощность N (Вт): .
7. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ, РАЗВИВАЕМОЙ ПРИ ПОДЪЕМЕ ПО ЛЕСТНИЦЕ.

1. Опустив в лестничный пролет грузик на прочном шнуре, сделайте на нем отметку, когда грузик достигнет пола первого этажа. Измерьте высоту лестницы h (м).
2. По секундомеру определите время t (с), затраченное вами на подъем по лестнице.
3. Измерьте массу своего тела т (кг).
4. Вычислите мощность N (Вт), развиваемую при подъеме: .
5. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОЦЕНКА МАССЫ ГРУЗА, КОТОРЫЙ МОЖЕТ ПОДНЯТЬ ЧЕЛОВЕК.
1. Примем, что при подъеме тяжестей вы затрачиваете такое же количество энергии, что и при скоростном беге, тогда справедлива формула:, где M – масса человека, m – масса груза, h – высота поднятия груза.
2. Выразите m, вычислите массу груза.
3. Запишите ответ, сделайте вывод.

4. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОГО ОБЪЕМА ЛЕГКИХ ЧЕЛОВЕКА.

1. Сделайте в шарик 10 спокойных выдохов через рот. Измерьте диаметр шарика d, вычислите его объем по формуле .
2. Рассчитайте дыхательный объем легких .
3. Повторите опыт 3 раза. Вычислите средний дыхательный объем легких.
4. Определите резервный объем выдоха, для этого сразу после спокойного выдоха еще раз максимально выдохните в шарик. Определите объем шарика.
5. Повторите опыт 3 раза. Вычислите среднее значение резервного объема выдоха, результаты занесите в таблицу.
6. Для определения жизненной емкости легких, сделайте глубокий вдох и выдохните в шарик. Не отнимая шарика ото рта, повторите действие 5 раз. Определите диаметр шарика d, рассчитайте объем шарика Vш.
7. Вычислите жизненную емкость легких .
8. Рассчитайте резервный объем вдоха по формуле Vрезерв.вдох = VЖЕЛ - Vдых +Vрезевр.выдох . Результат занесите в таблицу.
9. Вычислите теоретическое значение своей жизненной емкости легких (в литрах) по формуле VЖЕЛтеор = (H · 5,2 - N·0,022) - 4,2 - для юношей или VЖЕЛтеор = (H·4,1 - N·0,018) - 3,7 - для девушек; где H - рост (м), N - возраст (лет).
10. Для вычисления максимальной легочной вентиляции в течение 10 с, взяв шарик в рот, дышите часто и глубоко. Измерьте диаметр шарика. Вычислите его объем Vш.

11. Вычислите максимальную легочную вентиляцию по формуле VМЛВ = 6·Vш.
12. Вычислите максимальную легочную вентиляцию, представляющую норму для вашего возраста по формуле: VМЛВтеор = (H·1,34 - N·1,26) - 21,4 - для юношей или
V МЛВтеор = (71,3 - N ) ·S - для девушек ( S - площадь поверхности тела; m - масса тела).
14. Сделайте вывод.

15. Результаты занесите в таблицу «Познаю себя».

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА ЧЕЛОВЕКА.
1. Один из участников опыта прижимает вертикально расположенный деревянный метр к стене так, чтобы середина метра находилась на уровне отметки на стене.
2. Затем, отвлекая внимание стоящего рядом партнера, отпускает метр в свободное падение. Второй участник должен остановить падение метра, прижав его к стене, так быстро, как сможет.
3. Отметив новое положение середины метра, измерьте длину его полета h по расстоянию между метками.
4. Вычислите время реакции t по формуле .

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ГЛАЗА.

1. Обнаружение слепого пятна.

На листе белой бумаги начертите темный кружочек (слева) и крестик (справа), на одной горизонтали на расстоянии 6-8 см друг от друга. Закрывая правый глаз, смотрят пристально левым глазом на крестик. Медленно приближая (или удаляя) от него рисунок, находят такое положение, при котором темный кружочек перестает быть видимым. В этот момент изображение кружка попадает на слепое пятно левого глаза. Затем закрывают левый глаз, а правым смотрят на кружочек и обнаруживают слепое пятно в правом глазу.

2. Изменение диаметра зрачка.

Повернитесь в сторону какого-нибудь темного предмета и поднесите к глазу плоское зеркало. Наблюдая в зеркало изображение своего глаза, заметьте размер зрачка. Затем повернитесь в сторону хорошо освещенного предмета (ярко горящей лампы) и посмотрите в зеркало. Как изменились размеры зрачка? Опыт повторите несколько раз.

3. Аккомодация глаза. Определение точек ясного видения.

Посмотрим одним глазом то на карандаш, расположенный от глаза на расстоянии 15-20 см, то на какой-нибудь удаленный предмет за окном. При рассматривании предмета, карандаш, находящийся в поле зрения, кажется немного расплывчатым и, наоборот, при переводе взгляда на карандаш расплывчатым кажется предмет. Каждый глаз обладает аккомодацией в определенных пределах, ограниченных двумя точками - ближнего и дальнего ясного видения.

Чтобы определить положение ближней точки, медленно подносите к глазу (другой закрыт) страницу книги с текстом до тех пор, пока буквы перестанут быть ясно видимы. Лентой измерьте расстояние от книги до глаза.

Удаляя текст книги на несколько метров, найдите положение, при котором буквы перестают быть ясно видны. Измерительной лентой измерьте расстояние от глаза до книги. Запишите полученные результаты. Проделайте опыт несколько раз, запишите результаты. Вычислите среднее значение ближней и дальней точек ясного видения.

4. Обнаружение «борьбы полей зрения».

1. Сверните из бумаги трубку в форме конуса длиной 15-20 см.
2. Посмотрите на рис.2.

3. Переводя взгляд вдаль или надавливая на одно из глазных яблок, пронаблюдайте
за изменением изображения. Опишите, что вы увидели.

4.Приставьте трубку широкой стороной к правому глазу, а к левому на уровне узкой части раструба приставьте ладонь. Смотрите обоими глазами так, чтобы взгляд левого глаза был направлен на ладонь, а правого - в раструб. Опишите, что вы увидели.

    5. Изучение особенностей бинокулярного зрения.

1. Один из участников опыта вкалывает 2 булавки в верхнюю часть деревянного бруска на некотором расстоянии друг от друга и, загородив опору ширмой, поворачивает устройство так, чтобы булавки оказались примерно на одном луче зрения.
2. Другой участник опыта, поочередно глядя на булавки то одним, то другим глазом, должен определить, какая из булавок находится ближе к нему.
3. Сравните результаты предыдущего опыта с результатом, полученным при рассматривании булавок обоими глазами.
4. Сделайте вывод о преимуществе зрения двумя глазами для оценки глубины расположения предметов.
5. Установите примерно на одном луче зрения булавку и штатив.
Глядя на булавку обоими глазами, наблюдайте, что будет происходить с изображением штатива.
6. Фиксируя взглядом штатив, пронаблюдайте, что происходит с изображением булавки.
7. Повторите опыты, по очереди закрывая то один глаз, то другой.