Program zajęć do wyboru z fizyki

Eksperymenty z fizyki

"Znać siebie".

Kompilator programu: Avakyan Ludmiła Gennadievna

Notatka wyjaśniająca.

Program trwa 8 godzin.

Fizyka jest nauką eksperymentalną i zajęcia praktyczne powinny zajmować znaczną część zajęć z fizyki.

Człowiek jest częścią natury, a jego ciało podlega tym samym prawom fizyki. „Poznaj siebie” Sokratesa jest przez nas rozumiane, łącznie z tym, jak poznać swoje ciało i prawa fizyczne, którym ono podlega. Praktyczna praca nad badaniem własnego ciała budzi wśród studentów duże zainteresowanie.

Cele kursu:

Tworzenie warunków do formacji i rozwoju uczniów:

umiejętności intelektualne i praktyczne w zakresie eksperymentów fizycznych, które pozwalają na badanie zjawisk naturalnych i praw fizycznych, jakim podlega organizm ludzki;

zainteresowanie studiowaniem fizyki i przeprowadzaniem eksperymentów fizycznych;

umiejętność samodzielnego zdobywania i stosowania wiedzy;

umiejętności komunikacyjne, które przyczyniają się do rozwoju umiejętności pracy w grupie, prowadzenia dyskusji i obrony własnego punktu widzenia.

W procesie uczenia się uczniowie nabywają następujące konkretne umiejętności:

obserwować i badać zjawiska;

opisać wyniki;

obliczać błędy pomiarów bezpośrednich i pośrednich;

wyciągać wnioski;

omówić wyniki eksperymentu, wziąć udział w dyskusji.

Wymienione umiejętności kształtowane są w oparciu o wiedzę na temat:

cykl wiedzy w naukach przyrodniczych;

rola eksperymentu w poznaniu;

zasady posługiwania się przyrządami pomiarowymi;

geneza błędu pomiaru i jego rodzaje;

zasady zapisywania wyników pomiarów bezpośrednich z uwzględnieniem błędu;

Treść programu.

1. Gorev L.A. Zabawne eksperymenty z fizyki. M.: Edukacja, 1985.-175 s.

2. Goulridze G.Sh. Zajęcia praktyczne i laboratoryjne z fizyki. Klasy 7-11 / pod redakcją N.A. Parsrenteva - M .: Styl klasyczny, 2002. - 96 s.

3. Raeva A.F. Eksperyment fizyczny w szkole. M.: Edukacja, 1973. - 239 s.

4. Burow V. A. Warsztaty z fizyki. Podręcznik dla studentów. M.: Edukacja, 1972. – 70 s.

5. Dik Yu. I., Kabardin O. F. i in. Warsztaty fizyczne dla klas z zaawansowaną nauką fizyki. M.: Edukacja, 1993. –208 s.

6. Kachinsky A. M., Kimbar B. A. Zadania do pracy laboratoryjnej w warsztacie fizycznym. Mińsk: Narodnaja Aswieta, 1976. –189 s.

7. Khutorskoy A.V., Khutorskaya L.N. - Fascynująca fizyka: zbiór zadań i eksperymentów dla uczniów i kandydatów z odpowiedziami. –M.: ARKTI, 2001

Część teoretyczna

Parametry fizyczne organizmu człowieka.

Ciało ludzkie i jego działania są dla fizyki tak samo interesujące, jak wszystkie inne zjawiska i obiekty naturalne wokół nas. Rozważmy pytania związane z właściwościami fizycznymi i cechami osoby. Można je wykorzystać do wyjaśnienia różnych sytuacji życiowych, podczas omawiania szeregu problemów dotyczących ludzkiego ciała.

Poznaj siebie, swoje ciało, swoje ciało fizyczne z punktu widzenia fizyki!

Poniżej znajdują się niezwykłe informacje: liczby charakteryzujące parametry mechaniczne, termiczne, elektryczne i optyczne człowieka. Liczby te mają swój własny język i mogą mówić o różnych cechach ludzkiego ciała. Ich celem jest pomoc w lepszym przyswajaniu, konkretyzacji i poszerzaniu wiedzy z fizyki. Mogą stać się pomocnikami w rozwiązywaniu różnych praktycznych zagadnień i problemów, które mogą pojawić się na zajęciach i w domu, a także mogą być przydatne w wieczorowym przygotowywaniu wiadomości lub esejów.

Parametry mechaniczne człowieka.

1) Średnia gęstość ciała człowieka wynosi 1036 kg/m3.

2) Gęstość krwi - 1050-1064 kg/m3.

3) Średnia prędkość przepływu krwi w naczyniach: w tętnicach 0,2 - 0,5 m/s; w żyłach 0,10 - 0,20 m/s; w kapilarach 0,0005-0,0020 m/s.

4) Normalne nadciśnienie w tętnicy osoby dorosłej mierzy się od konwencjonalnego zera, które przyjmuje się jako ciśnienie atmosferyczne. Zatem ciśnienie krwi wynoszące na przykład 9,3 kPa (70 mm Hg) oznacza, że ​​jest ono o = 9,3 kPa (70 mm Hg) wyższe od ciśnienia atmosferycznego.

Normalne niższe ciśnienie (tj. w początkowej fazie skurczu serca) = 9,3 kPa (70 mm Hg). Normalne ciśnienie górne (tj. w końcowej fazie skurczu serca) wynosi 16,0 kPa (120 mm Hg).

5) Siła wytwarzana przez bijące serce:

w początkowej fazie skurczu » 90 N;

w końcowej fazie skurczu » 70 N.

6) Masa krwi wyrzuconej przez serce w ciągu 1 minuty wynosi około 3,6 kg. Podczas jednego skurczu serce uwalnia około 60 cm 3 krwi, w ciągu 1 minuty - 3,6 litra (przy 60 skurczach na minutę), w ciągu 1 godziny - 216 litrów, a w ciągu 24 godzin >> 5200 litrów krwi. Podczas intensywnej pracy organizmu (na przykład podczas jazdy na nartach) serce człowieka „pompuje” do 25–35 litrów krwi w ciągu 1 minuty (przy 165–196 skurczach na minutę). Dla porównania: zużycie wody przy całkowicie otwartym kranie w ciągu 1 minuty wynosi około 20 litrów.

Praca serca w czasie jednego skurczu » 1 J.

Moc rozwinięta przez osobę dorosłą:

podczas normalnego chodzenia po płaskiej drodze przy lekkim wietrze 60-65 W;

podczas szybkiego marszu (7 km/h) po płaskiej drodze przy słabym wietrze – 200 W;

podczas jazdy na rowerze z prędkością 10 km/h przy bezwietrznej pogodzie – 40 W;

podczas jazdy na rowerze z prędkością 20 km/h przy spokojnej pogodzie – 320 W.

Parametry dźwięku człowieka

cichy szept ≈ 10 -9 W;

mowa przy normalnej głośności ≈ 7 * 10 -6 W;

maksymalna głośność ≈2 * 10 -3 W;

Częstotliwości, na które ucho jest najbardziej wrażliwe, to 1500–4000 Hz;

Zakres częstotliwości podczas normalnej rozmowy:

dla mężczyzn - 85-200 Hz;

dla kobiet - 160-340 Hz;

bas - 80-350 Hz;

baryton - 110-400 Hz;

tenor - 130-520 Hz;

sopran - 260-1050 Hz;

sopran koloraturowy – 330-1400 Hz.

bas ≈2,5 cm;

tenor ≈ 1,7-2 cm;

sopran ≈1,5 cm.

Prędkość dźwięku w tkankach ciała wynosi 1590-1600 m/s.

Rekordowa wysokość głosu żeńskiego (podczas śpiewu) wynosi 2,35 kHz.

8) Zakres natężenia dźwięków odbieranych przez ucho ludzkie jest niezwykle duży: najsilniejsze dźwięki odbierane przez ucho (na progu bólu)

10-100 W/m 2, różnią się 10 13 -10 14 razy od najsłabszych, wciąż odbieranych dźwięków (o progu słyszalności ≈ 10 -12 W/m 2).

Parametry termiczne człowieka

Normalna temperatura ciała wynosi 36,7°C.

Temperatura poszczególnych części ciała:

czoło - 33,4°C;

dłonie – 32,8°C;

podeszwy stóp - 30,2 0 C.

Temperatura zamarzania (topnienia) krwi wynosi od -0,56 ° C do -0,58 0 C.

Ciepło właściwe krwi:

3,9 kJ/(kgkK);

0,93 cal/(gk°C).

Masa wody odparowującej z powierzchni skóry i płuc w ciągu doby wynosi 0,8-2,0 kg.

Najkorzystniejsza dla życia człowieka wilgotność względna powietrza wynosi 40-60%.

Napięcie powierzchniowe krwi wynosi 60 mN/m.

Parametry elektryczne człowieka

1) Specyficzna odporność tkanek organizmu:

mięśnie - 1,5 oma;

krew - 1,8 oma;

wierzchnia warstwa skóry (sucha) - 3,3k10 5 Ohm;

kość (bez okostnej) - 2k10 6 Ohm.

2). Stała dielektryczna:

krew - 85,5;

sucha skóra - 40-50;

kość - 6-10.

3) Opór elektryczny organizmu człowieka determinowany jest głównie przez opór powierzchniowej warstwy skóry (naskórka).

Opór ciała ludzkiego od końca jednej ręki do końca drugiej przy suchej, nienaruszonej skórze dłoni = 15 kOhm.

Natężenie prądu płynące przez ludzkie ciało, uważane za bezpieczne, wynosi do 1 mA.

Siła prądu przepływającego przez ciało człowieka, powodująca poważne uszkodzenia ciała,

≈100 mA.

Bezpieczne napięcie elektryczne w wilgotnym pomieszczeniu wynosi -12 V.

Bezpieczne napięcie elektryczne w suchym pomieszczeniu wynosi -36 V.

Parametry optyczne człowieka

Czas zatrzymania powstałego wrażenia wzrokowego przez oko wynosi 0,14 s.

Średnica gałki ocznej osoby dorosłej wynosi 24-25 mm.

Odległość między źrenicami oczu („podstawa oczu”) u osoby dorosłej wynosi 55–72 mm.

Grubość twardówki wynosi 0,4-1,0 mm.

Grubość naczyniówki wynosi do 0,35 mm.

Grubość siatkówki wynosi 0,1-0,4 mm.

Średnica soczewki wynosi 8-10 mm.

Największa grubość soczewki wynosi 3,7-4,0 mm.

Współczynnik załamania soczewki wynosi ≈1,4.

Ogniskowa obiektywu wynosi ≈70 mm.

Moc optyczna soczewki u młodych ludzi wynosi od 19 do ≈ 33 D.

Współczynnik załamania cieczy wodnistej i galaretowatej cieczy wynosi -1,34.

Ciśnienie przejrzystego płynu wypełniającego oko wynosi ciśnienie wewnątrzgałkowe ≈104 kPa (= 780 mm Hg).

Średnica źrenicy:

w warunkach dużego oświetlenia dziennego - 2-3 mm;

przy słabym oświetleniu (0,01 luksa) - 6-8 mm.

Wymiary martwego punktu (owalny kształt) wynoszą od 1,5 do 2,0.

Liczba pręcików w siatkówce wynosi ≈130 milionów.

Liczba czopków w siatkówce wynosi ≈ 7 milionów.

Długość fali światła, na którą oko jest najbardziej wrażliwe, wynosi 555 nm (promienie żółto-zielone).

Moc optyczna całego oka wynosi ≈ 60 D.

Pole widzenia oka nieruchomego:

poziomo - około 160°;

w pionie - około 130°.

Minimalny rozmiar obrazu obiektu na siatkówce, przy którym postrzegane są oddzielnie dwa punkty obiektu, wynosi 0,002 mm.

Własne rozmiary

Warto znać swój wzrost i krok. Najprostszym sposobem zmierzenia na przykład przebytej odległości jest policzenie liczby kroków, ale w tym celu musisz znać wielkość swojego kroku.

Rozmiar stopnia określa się w następujący sposób: po zmierzeniu linii prostej na ziemi, powiedzmy 30 m, idą po niej normalnym tempem, licząc kroki. Dzieląc 30 przez wynikową liczbę kroków, otrzymasz średnią długość jednego kroku. Załóżmy, że 50 stopni mieści się na długości 30 m. Dzieląc 30 przez 50, otrzymujemy:

30:50 =0,6 m = 60 cm.

Jest to szerokość średniego stopnia. Aby przeliczyć odległość mierzoną w krokach na metry, liczbę kroków należy pomnożyć przez szerokość jednego stopnia wyrażoną w metrach. Na przykład z domu do sklepu jest 630 kroków. Długość kroku wynosi 0,6 m. Odległość w metrach wynosi 630 0,6 = 378 m.

Rozpiętość ramion danej osoby jest zwykle równa jego wzrostowi. Najczęściej wartości te pokrywają się, choć oczywiście możliwe są odchylenia. Dlatego warto również sprawdzić, mierząc, czy rozpiętość ramion odpowiada Twojemu wzrostowi.

W przypadku przybliżonych pomiarów małych ilości warto zapamiętać długość środkowego stawu palca wskazującego (ryc. 1), wielkość „ćwiartki” - odległość między końcami kciuka i małego palca rozłożonej dłoni (ryc. 2). Oczywiście wszystkie te metody są bardzo niedokładne, ale całkiem nadają się do szybkich przybliżonych pomiarów w rzeczywistych sytuacjach.

Narysuj odcinek równy 0,0001 km, a obok niego odcinek równy 0,1 Twojego zwykłego kroku. Ile w przybliżeniu kroków należy zrobić, aby przejść 1 km?

Ryż. 1

Ryc.2

Zadania jakościowe na temat: „Fizyka człowieka”

1. Na sofie.

Dlaczego wygodniej jest leżeć na sofie niż na desce?

2. Siła ludzka.

a) Jaka jest moc osoby ważącej 75 kg, która porusza się z normalną prędkością 5 km/h; z prędkością marszu 7 km/h?

B) Jaka jest moc zużywana podczas jazdy na rowerze (przy prędkościach 9 km/h i

18 km/h)?

c) Jaką moc uzyska osoba o masie 75 kg, która w ciągu 2 sekund wbiegnie po drabinie na wysokość 4 m?

3. Jak włączyć krzesło obrotowe?

Usiądź na krześle obrotowym tak, aby stopy nie dotykały podłogi. Trzeba obrócić się o 360°. Jak to zrobisz? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

4. Parowanie wody w organizmie człowieka.

Ciało człowieka składa się w 65% z wody. Czy wyparowuje? Jak? Od czego zależy proces parowania? Na co to wpływa?

5. Człowiek na dnie oceanu powietrza.

Człowiek żyje na dnie oceanu powietrza. Dlaczego ludzie zwykle nie odczuwają ciśnienia atmosferycznego?

6. Jak człowiek oddycha?

Jakie znaczenie ma ciśnienie atmosferyczne w mechanizmie oddychania płucnego człowieka? Co się dzieje, gdy wdychasz i wydychasz powietrze?

7. O kolorach czarnym, białym i szarym.

a) Jaka jest różnica między kolorem białym, czarnym i szarym?

b) Jak dana osoba rozpoznaje te kolory?

Wykonaj następujący eksperyment ze znajomymi i wyciągnij wnioski. W dobrze zaciemnionym pokoju wyświetl okrągły punkt z latarki na małym białym ekranie. Zgaś latarnię tak, aby widzowie tego nie zauważyli. Zamiast białego ekranu postaw czarny i rzuć na niego ten sam punkt, zwiększając kilkukrotnie natężenie światła latarki. Widz nie zauważy wymiany ekranu i będzie myślał, że widzi stare miejsce na starym ekranie. Kiedy w pomieszczeniu zapala się światło, widz zauważa swój błąd i plama na ekranie nie wydaje się już biała, a jedynie jasna.

Dlaczego?

8. Uziemienie.

Połączenie elektryczne obiektu z ziemią nazywa się jego uziemieniem. Ładunki powstające na ciałach są izolowane od ziemi; po podłączeniu do niej trafiają do ziemi, ponieważ ze względu na swoje duże rozmiary w porównaniu do dowolnego ciała Ziemia ma również znacznie większą pojemność. Czy można mówić o uziemieniu człowieka?

9. Biopole człowieka.

W organizmie człowieka występują bioprądy i biopotencjały. Co to jest? Czy można je wykryć?

10. Względna czy bezwzględna wilgotność powietrza?

Co jest ważniejsze dla człowieka: wilgotność względna czy bezwzględna?

11. Niebezpieczny prąd elektryczny.

Każdy wie, jak niebezpieczny może być prąd elektryczny dla człowieka. Dla niego prąd 0,1 A jest śmiertelny. Prąd w okablowaniu pokojowym jest kilkakrotnie silniejszy niż 0,1 A.

Dlaczego nie zawsze uderza to w osobę?

12. Usiądź - wstań.

Kolya wykonywał poranne ćwiczenia. W pobliżu znajdowała się waga łazienkowa. Postanowił zrobić przysiady, wchodząc na wagę. Ku jego zaskoczeniu, gdy przykucnął, waga pokazała mniejszą wagę niż wtedy, gdy stał na niej spokojnie. Kola szybko wstał. Wręcz przeciwnie, waga pokazywała wzrost jego wagi. Kola powtórzył te ruchy jeszcze kilka razy. Wszystko wydarzyło się ponownie.

Dlaczego?

Odpowiedzi:

1 . Powierzchnia kontaktu ciała z sofą jest większa niż z deską.

2 . a) Około 60 W lub konie mechaniczne. Wraz ze wzrostem prędkości moc szybko rośnie - 200 watów.

b) Podczas jazdy na rowerze położenie środka ciężkości ciała zmienia się znacznie mniej niż podczas chodzenia, mniejsze jest także przyspieszenie nóg. Dlatego moc pobierana podczas jazdy na rowerze jest znacznie mniejsza: 30 W; 120 W.

c) 2 konie mechaniczne.

3. Musisz użyć rąk. Po obróceniu wyciągniętych ramion pod pewnym kątem w płaszczyźnie poziomej osoba sama odwraca się w przeciwnym kierunku. Kiedy ręce się zatrzymują, osoba również się zatrzymuje. Aby ponownie skręcić w tym samym kierunku, musisz przywrócić ręce do pierwotnej pozycji. Nie można tego zrobić, poruszając rękami w przeciwnym kierunku, ponieważ osoba również powróci do pozycji wyjściowej. Można jednak unieść ręce w płaszczyźnie pionowej, a następnie opuścić je w innej płaszczyźnie pionowej, tak aby znalazły się w pierwotnej pozycji względem osoby siedzącej na krześle. Osoba może obracać się wokół osi pionowej nieograniczoną liczbę razy.

4. W ciągu dnia człowiek, w zależności od rodzaju pracy, wyparowuje z powierzchni skóry i płuc od 800 do 2000 g lub więcej wody. Szybkość procesów parowania, a tym samym samopoczucie człowieka, w dużym stopniu zależy od wilgotności otaczającego powietrza. Długotrwałe przebywanie w gorącym powietrzu, obficie nasyconym parą wodną, ​​komplikuje proces parowania i jednocześnie zaburza prawidłową wymianę ciepła w organizmie. Osoba czuje się ospała, a jej zdolność do pracy maleje.

5. Większość narządów i tkanek organizmu zawiera ciecze i gazy pod ciśnieniem w przybliżeniu równym ciśnieniu atmosferycznemu. Wyjątkami w tym zakresie są przestrzeń międzyopłucnowa klatki piersiowej, układ sercowo-naczyniowy, jamy wypełnione płynem mózgowo-rdzeniowym, a także jamy stawowe. Komunikacja tych jam z powietrzem zewnętrznym zakłóca normalne funkcjonowanie organizmu.

6. Podczas wdechu, w wyniku skurczu odpowiednich mięśni (międzyżebrowych i przepony), następuje objętościowe rozszerzenie klatki piersiowej. W tym przypadku ciśnienie powietrza w płucach staje się niższe niż ciśnienie atmosferyczne i pod wpływem tego ostatniego pewna objętość powietrza zewnętrznego dostaje się (jest zasysana) do płuc. Następnie mięśnie się rozluźniają, objętość klatki piersiowej zmniejsza się, ciśnienie powietrza w płucach staje się wyższe od ciśnienia atmosferycznego i część powietrza z płuc zostaje wyrzucona na zewnątrz. Następuje inhalacja. Klatka piersiowa może rozszerzać się jednocześnie w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach: pionowym, poprzecznym i przednio-tylnym.

7. a) Powierzchnie bardzo wielu ciał równomiernie rozpraszają promienie ze wszystkich obszarów widma widzialnego. Te z nich, które rozpraszają dużą część padającego na nie światła, nazywane są białymi. Biały papier lub kreda rozpraszają aż do 90% spadającej na nie energii. Powierzchnie, które bardzo słabo rozpraszają promienie, nazywane są czarnymi. Czarny papier fotograficzny rozprasza jedynie około 5% padającego na niego światła. Powierzchnie o pośrednim stopniu rozproszenia wydają nam się szare. Zatem różnica pomiędzy bielą, szarością i czernią nie jest jakościowa, a jedynie ilościowa, b) Kolory rozpoznawane są jedynie w porównaniu z otaczającym oświetlonym tłem.

8 Ciało ludzkie jako całość jest przewodnikiem, zatem osoba stojąca na ziemi przewodzi w nim ładunki elektryczne, z którymi może się zetknąć. Kontakt człowieka z ziemią w takich warunkach nazywany jest także uziemieniem. Jeżeli przez osobę przepływają znaczne ładunki elektryczne (lub znaczny prąd elektryczny), może to mieć niebezpieczne konsekwencje dla zdrowia.

9 . Wzbudzeniu dowolnego narządu ludzkiego ciała towarzyszy pojawienie się prądów działania. Wzbudzone miejsce narządu jest zawsze elektroujemne w stosunku do miejsc spoczynkowych. Pomiędzy obszarami wzbudzonymi i niewzbudnymi powstaje pewna różnica potencjałów i przepływają prądy. Te różnice potencjałów są niewielkie, a opór tkanek organizmu duży. Dlatego bioprądy są bardzo słabe - około 10 -6 A i mniej. Ich wykrywanie jest możliwe przy użyciu czułych galwanometrów. Biopotencjały powstają w komórkach, tkankach i narządach w wyniku nierównomiernego rozmieszczenia jonów K + , Na + , C ++ , Mg ++ , a także CL - - w protoplazmie komórek i płynie otaczającym komórkę. Dzieje się tak na skutek procesów metabolicznych zachodzących w żywych komórkach. Biopotencjały odzwierciedlają stan funkcjonalny narządów i tkanek w stanach normalnych i patologicznych, co wykorzystuje się w diagnostyce chorób. Typowymi metodami rejestracji potencjałów serca jest elektrokardiografia, potencjałów mózgu – elektroencefalografia, a potencjałów obwodowych pni nerwów i mięśni – elektromiografia.

10 . W różnych przypadkach ważna może być zarówno wilgotność bezwzględna, jak i względna. Przykładowo parowanie wody z powierzchni skóry zależy od wilgotności względnej, zatem im większa jest różnica pomiędzy wilgotnością bezwzględną i maksymalną (ilość pary na gram nasycającej 1 m 3 powietrza w danej temperaturze), tym szybsze parowanie występuje. Rozważając parowanie wody przez płuca, należy wziąć pod uwagę wilgotność bezwzględną powietrza, gdyż z płuc wydychane jest powietrze niemal całkowicie nasycone parą wodną, ​​o temperaturze około 30°C. Ilość pary wodnej, którą powietrze nasyci się w płucach, zależy oczywiście od wilgotności bezwzględnej wdychanego powietrza. Za normalną dla życia człowieka uważa się atmosferę o wilgotności względnej od 40 do 60%.

11. Natężenie prądu w sieci oświetleniowej sięga 0,5 A, ale tylko do momentu włączenia ciała ludzkiego do obwodu. Włączenie tego ostatniego znacznie zmniejsza siłę prądu, ponieważ rezystancja naszego ciała jest bardzo wysoka: waha się od 100 do kilkudziesięciu tysięcy omów. Wprowadzenie tak znacznego oporu do obwodu w naturalny sposób zmniejsza natężenie w nim prądu, a prąd staje się prawie nieszkodliwy dla organizmu. Czasami nawet 5000 V nie powoduje szkody dla człowieka - opór ludzkiego ciała jest czasami tak duży. Ale zmienia się w zależności od wielu powodów, których nie można przewidzieć: wilgotności, wielkości ciała, a nawet naszego nastroju, więc napięcie w sieci elektrycznej, które dziś jest nieszkodliwe, jutro może być śmiertelne.

12. Ciało Kolyi częściowo doświadczyło zjawiska nieważkości (podczas szybkiego przysiadu) i przeciążenia (podczas szybkiego wznoszenia ciało wywiera większy nacisk na podporę).

OCENA BŁĘDU

PRZY POMIARACH FIZYCZNYCH

ROZMIAR

Zmierzyć wielkość fizyczną oznacza porównanie jej za pomocą przyrządów pomiarowych z wielkością jednorodną przyjmowaną jako jednostka i ocenę stopnia jej przybliżenia do wartości prawdziwej.

Obecnie powszechnie przyjęty System Międzynarodowy (SI), który opiera się na siedmiu podstawowych jednostkach:

długość - metr (m);

masa - kilogram (kg);

czas - sekunda (s);

prąd elektryczny - amper (A);

temperatury - kelwiny (K);

natężenie światła - kandela (cd);

ilość substancji - mol.

Aby zapewnić jednolitość pomiarów fizycznych, stworzono międzynarodowe standardy dla każdej z podstawowych jednostek SI.

Jeśli używają wielkości będących wielokrotnościami jednostek podstawowych, używają odpowiednich przedrostków zaczerpniętych ze starożytnego języka greckiego; jeżeli stosuje się wielkości podporządkowane jednostkom podstawowym, stosuje się odpowiednie przedrostki zaczerpnięte z języka łacińskiego.

Pomiary dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. Pomiar bezpośredni to taki, którego wynik można odczytać ze skali przyrządu. Pomiar pośredni to pomiar, w którym wynik ustala się na podstawie obliczeń.

Prawdziwej wartości zmierzonej wartości nie można określić z wielu powodów, a przede wszystkim z powodu ograniczonej reprodukcji wzorca. Ogrom A uważa się za zmierzone, jeśli wskazana jest nie tylko sama wartość A zmiana , ale także granicę jej błędu bezwzględnego ∆A

A = A zmiana , ±∆A

O jakości pomiarów decyduje błąd względny ε:

ε = *100%.

Na błąd pomiaru bezpośredniego ∆A składa się błąd przyrządu pomiarowego ∆A inc oraz błąd odczytu licznika ∆A:

∆A = ∆A plus + ∆A liczba

Błąd odczytu jest równy, a raczej nie większy niż połowa podziałki skali:

∆ Zysk =

Gdzie A- cena podziału skali.

Wykonując powtarzane pomiary wielkości fizycznej, uzyskuje się nieco inne wyniki. W takim przypadku za wynik pomiaru należy przyjąć średnią arytmetyczną wyników poszczególnych pomiarów:

część eksperymentalna

Praca laboratoryjna nr 1

OKREŚLENIE OBJĘTOŚCI I GĘSTOŚCI TWOJEGO CIAŁA.

Cel pracy: naucz się określać gęstość i objętość swojego ciała.

Postęp:

1. Zmierz średnią długość ℓ (m) i szerokośćB (m) łazienki w Twoim mieszkaniu.

2. Do wanny wlej ciepłą wodę i zaznacz ołówkiem jej poziom.

3. Zanurz się w wodzie i zaobserwuj jej nowy poziom. Zmierz wysokość podnoszenia

woda ∆ H (M).

4. Znajdź objętość wypartej wody, a co za tym idzie objętość ciałaV T(nie licząc

objętość głowy): V T =ℓ * B * ∆ H.

Kształt wanny może znacznie różnić się od równoległościanu, dlatego objętość wypartej wody można dokładniej określić eksperymentalnie, dodając wodę wiadrem (butelką po napojach lub innym pojemniku o znanej objętości) do zaznaczonego znaku.

5. Aby uwzględnić objętość głowy, zmierz średnicę głowyD(M) i biorąc pod uwagę, że jest to kula, oblicz objętość:

V G = π D 3

6. Oblicz całkowitą objętość swojego ciała (m3): V ogólnie = V T + V G

7. Zmierz masę ciała m(kg) za pomocą skali.

8. Znajdź gęstość ρ(kg/m3) swojego ciała: =

Zadanie dodatkowe:

Porównaj gęstość swojego ciała z gęstością wody i odpowiedz na pytania:

Dlaczego człowiek może pozostać na powierzchni bez poruszania się?

Dlaczego łatwiej jest pływać w wodzie morskiej?

Praca laboratoryjna nr 2

OKREŚLENIE ŚREDNIEJ DŁUGOŚCI KROKU.

Cel pracy: naucz się określać średnią długość swojego kroku.

Praca laboratoryjna nr 3

OKREŚLENIE SIŁY CIŚNIENIA ATMOSFERY NA TWOJE CIAŁO

Cel pracy: Naucz się określać siłę ciśnienia atmosferycznego na Twoje ciało.

Sprzęt: barometr, waga podłogowa, stadiometr.

F atm = p atm * S.

Wypełnij tabelę:

o godz., Pa

Praca laboratoryjna nr 4

„Wyznaczanie siły ramion podczas wykonywania ćwiczeń na drążku poziomym.”

Zawieś przez chwilę drążek na siłowni jedną ręką, poczuj napięcie mięśni ramienia.

Zmierz swoją masę ciała na wadze T i obliczyć grawitację FT (H) działający na to.

Aby określić objętość ciała V. na ogół korzysta z rezultatu już wykonanej pracy.

Znajdź siłę wyporu F a (H), działając na twoje ciało z powietrza:

gdzie ρ = 1,3 kg/m 3 - gęstość powietrza i pokaż, że siła wyporu powietrza jest nieco większa niż 0,1% siły ciężkości działającej na ciebie, a zatem F A jest zwykle zaniedbywane.

5. Znajdź siłę F p, z jaką Twoja ręka działa na poprzeczkę:

fa p = f t -fa za fa t

Wypełnij tabelę:

ton, kg

Praca laboratoryjna nr 5

„Pomiar mocy powstałej podczas wchodzenia po schodach”.

Sprzęt: waga na sznurku, stoper, waga łazienkowa, taśma miernicza.

Po opuszczeniu ciężarka na mocnym sznurze w dół po schodach, zrób na nim znak, gdy ciężar dotrze do podłogi pierwszego piętra. Zmierz wysokość schodów h(m).

Aby określić godzinę, użyj stopera T(c) zajęło Ci wspinanie się po schodach.

Zmierz masę ciała M(kg).

Oblicz moc N(W) powstały podczas wynurzania:

Wypełnij tabelę:

h(m)

Obrona i dyskusja wyników badań.

Studenci mają obowiązek zaprezentować wyniki badań parametrów fizycznych swojego ciała. Przeanalizuj wyniki. Przygotuj obronę części teoretycznej pracy na jedną z prac laboratoryjnych.

Z nogami opartymi na kuli ziemskiej,
Trzymam w dłoniach kulę słońca.
Jestem jak pomost pomiędzy Ziemią a Słońcem,
A dla mnie Słońce schodzi na Ziemię,
A Ziemia wznosi się w stronę Słońca.
Więc stoję... Ja, Człowieku.

E. Mezhelaitis

Człowiekiem zajmuje się wiele nauk: filozofia, historia, antropologia, biochemia... itd. Ale dopiero całościowo rozpatrując fenomen człowieka, będziemy w stanie sformułować odpowiedź na pytanie: „Czym jest osoba?”

Jak działa nasz organizm?
Jak on pracuje?
Co jest dobre dla Twojego zdrowia?

Co zagraża życiu?
Spróbujmy przeszukać literaturę i rozgryźć to!
Czy wiesz o ciekawych cechach naszego organizmu?

Ludzkie DNA zawiera około 80 000 genów.
W starożytnym Rzymie ludzie żyli średnio nie dłużej niż 23 lata, a w XIX wieku w Stanach Zjednoczonych średnia długość życia nie przekraczała 40 lat.
Mężczyźni są uważani za karły, jeśli ich wzrost jest niższy niż 130 cm, kobiety - poniżej 120 cm.
Ciało człowieka składa się z 639 mięśni.
Kiedy ktoś się uśmiecha, „pracuje” 17 mięśni.
W ludzkim kręgosłupie 33 lub 34 kręgi.
W chwili urodzenia ciało dziecka zawiera około 300 kości, w wieku dorosłym pozostaje ich tylko 206.
Prawie połowa wszystkich ludzkich kości znajduje się w nadgarstkach i stopach.
Paznokcie rosną ok 4 razy szybciej, niż na nogach.
Kości ludzkie składają się w 50% z wody.
Każdy ludzki palec zgina się w ciągu życia około 25 milionów razy.
Ciało ludzkie zawiera tylko 4 minerały: apatyt, aragonit, kalcyt i krystobalit.
Dzieci rodzą się bez rzepek. Pojawiają się dopiero w wieku 2-6 lat.
Ludzkie oko jest w stanie rozróżnić 10 000 000 odcieni kolorów.
Zjawisko, w którym dana osoba traci zdolność widzenia z powodu silnego światła, nazywa się „ślepotą śnieżną”.
Średnio wydzielasz 5 mililitrów łez – to duża butelka w ciągu roku.
Mrugając 20 razy na minutę, nawilżasz oczy. Oznacza to ponad 10 milionów skurczów mięśni rocznie.
Nie da się kichnąć z otwartymi oczami.
Kobiety mrugają około 2 razy częściej niż mężczyźni.
Mężczyźni są około 10 razy bardziej narażeni na ślepotę barw niż kobiety.
Ludzie o niebieskich oczach bardziej wrażliwy do bólu niż wszyscy inni.
Człowiek mruga średnio co 6 sekund, co oznacza, że ​​przez całe życie opuszczamy i podnosimy powieki 250 milionów razy.

Ludzkie włosy rosną średnio w tempie 12 mm na miesiąc.
Blondynom zapuszcza się broda szybciej niż brunetkom.
Ludzki włos jest około 5000 razy grubszy niż film mydlany.
W spoczynku wdychasz i wydychasz 16 razy na minutę, w tym czasie przez płuca przepływa 8 litrów powietrza. W ciągu roku taką ilością powietrza można by wypełnić dwa balony.
Powierzchnia płuc wynosi ok 100 metrów kwadratowych.
Prawe płuco człowieka zawiera więcej powietrza niż lewe.
Dorosły człowiek wykonuje około 23 000 oddechów (i wydechów) dziennie.
Powierzchnia ludzkich płuc jest w przybliżeniu równa teren kortu tenisowego.
Najsilniejszym mięśniem w ludzkim ciele jest język.
W organizmie człowieka znajduje się około 2000 kubków smakowych.
W ludzkiej jamie ustnej żyje około 40 000 bakterii. Przeciętny ludzki mózg waży około 1,3 kg.
Ludzki mózg generuje dziennie więcej impulsów elektrycznych niż wszystkie telefony na świecie razem wzięte.
Od chwili narodzin w ludzkim mózgu znajduje się już 14 miliardów komórek i liczba ta nie zwiększa się aż do śmierci. Wręcz przeciwnie, po 25 latach zmniejsza się o 100 tys. dziennie.
W ciągu minuty, którą spędzasz na czytaniu strony, umiera około 70 komórek.
Po 40 latach degradacja mózgu gwałtownie przyspiesza, a po 50 neurony (komórki nerwowe) wysychają i zmniejsza się objętość mózgu.
W ludzkim mózgu w ciągu jednej sekundy zachodzi 100 000 reakcji chemicznych.
Człowiek jest jedynym przedstawicielem świata zwierzęcego, który potrafi rysować linie proste.
Długość włosów na głowie, jakie wyrasta przeciętnemu człowiekowi w ciągu całego życia, wynosi 725 kilometrów.
Uderzając głową w ścianę, możesz stracić 150 kalorii na godzinę.
Małe naczynia krwionośne-kapilary są 50 razy cieńsze niż najcieńszy ludzki włos.
Średnia średnica kapilary wynosi około 0,008 mm.
Młoda skóra zawiera niesamowitą ilość wody – 8 litrów.
Każdego dnia tracisz przez skórę nawet 2 litry. Ponieważ proces śmierci komórek skóry trwa 120 dni, oznacza to, że zmieniasz skórę trzy razy w roku.
W ciągu życia skóra człowieka zmienia się około 1000 razy.
W spoczynku serce bije 80 razy na minutę, pompując 5 litrów krwi.
W ciągu roku serce wykonuje 42 miliony skurczów i pompuje wystarczającą ilość krwi do wypełnienia kilka basenów.
36 800 000 - liczba uderzeń serca człowieka w ciągu jednego roku.
Rozmiar serca człowieka jest w przybliżeniu równy wielkości jego pięści.
Masa serca dorosłego człowieka wynosi 220-260 g. Impulsy nerwowe w organizmie człowieka poruszają się z prędkością około 90 metrów na sekundę.
W organizmie dorosłego człowieka znajduje się około 75 kilometrów (!) nerwów.
Ludzki sok żołądkowy zawiera 0,4% kwas solny(HCl).
Człowiek ma około 2 milionów gruczołów potowych. Przeciętny dorosły traci 540 kalorii na każdy litr potu.
Mężczyźni pocą się około 40% więcej niż kobiety.
W ciągu życia jelito cienkie człowieka ma długość około 2,5 metra.
Po jego śmierci, gdy mięśnie ściany jelita rozluźniają się, jego długość sięga 6 metrów.
Całkowita masa bakterii żyjących w organizmie człowieka wynosi 2 kilogramy.
Człowiek jest w stanie rozpoznać tylko pięć zapachów: kwiatowy, specyficzny (cytryna, jabłko itp.), spalony (kawa itp.), zgniły (zgniłe jajka, ser itp.) i eteryczny (benzyna, alkohol).
Osoba, która zgubiła się podczas gęstej mgły lub zamieci, prawie zawsze porusza się po okręgu, co tłumaczy się asymetrią naszego ciała, czyli brakiem całkowitej równowagi pomiędzy prawą i lewą połową ludzkiego ciała.
Okazuje się, że człowiek drży tylko po to, żeby się ogrzać.
Osoba paląca paczkę papierosów dziennie wypija pół szklanki smoły rocznie.

Jak dana osoba toleruje różne wysokości nad poziomem morza?

Strefa śmierci wynosi ponad 8 km: na tej wysokości człowiek może przebywać bez aparatu oddechowego tylko przez krótki czas – 3 minuty, a na wysokości 16 km – 9 sekund, po czym następuje śmierć.
Strefa krytyczna - od 6 do 8 km: poważne zaburzenia czynnościowe organizmu.
Strefa niepełnej kompensacji - od 4 do 5 km: pogorszenie ogólnego samopoczucia.
Strefa pełnej kompensacji wynosi od 2 do 4 km: niektóre zaburzenia w pracy serca, narządów zmysłów i innych układów, dzięki mobilizacji rezerwowych sił organizmu, szybko znikają.
Strefa bezpieczna wynosi od 1,5 do 2 km: nie występują istotne zakłócenia w funkcjonowaniu organizmu człowieka.

Temperatury krytyczne dla organizmu człowieka
(przy normalnym ciśnieniu i wilgotności względnej)

Normalna temperatura dla większości ludzi wynosi od 36,3 do 37°C
Temperatura krytyczna z towarzyszącą utratą przytomności – powyżej 42°C
Temperatura śmiertelna - powyżej 43C
Temperatura powodująca spowolnienie procesów mózgowych – poniżej 34°C
Krytyczna temperatura z towarzyszącą utratą przytomności – poniżej 30°C
Temperatura śmiertelna, dochodzi do migotania serca, zatrzymuje się krążenie krwi – poniżej 27°C

Podstawowe parametry fizyczne krwi.

Wszystkie parametry podano dla temperatury ciała - 37C
Gęstość - 1050 kg/m3
Lepkość - 0,004 Pa.s
Lepkość osocza krwi - 0,0015 Pa.s
Współczynnik dyfuzji hemoglobiny w wodzie - 0,00000000007 m2
Napięcie powierzchniowe 0,058 N/m
Temperatura zamarzania (topnienia) - minus 0,56 ° C
Ciepło właściwe - 3000 J/kg.K

Charakterystyka elektryczna tkanek organizmu ludzkiego

Oporność:
...mięśnie - 1,5 Ohm.m
...krew - 1,8 Ohm.m
...skóra - №№0000 Ohm.m
...kość - 1000000 Ohm.m

...krew -85,5
...skóra - od 40 do 50
...kości - od 6 do 10

Przenikanie ciepła z organizmu człowieka

Straty energii z bilansu całkowitego:
...na oddychanie i parowanie wody - 13%
...na pracę narządów i układów wewnętrznych - 1,87%
...do ogrzewania wydychanego powietrza - 1,55%
...na odparowanie wody z powierzchni skóry - 20,7%
...do ogrzewania otaczającej przestrzeni - 30,2%
... dla promieniowania - 43,8%

Parametry mechaniczne człowieka

Średnia gęstość człowieka wynosi 1036 kg m3
Średnia prędkość krwi:
...w tętnicach - od 0,2 do 0,5 m s
...w żyłach - od 0,1 do 0,2 m s
Szybkość rozprzestrzeniania się podrażnienia wzdłuż nerwów wynosi od 400 do 1000 m s
Siła wytwarzana przez bijące serce:
...w początkowej fazie skurczu - 90 N
...w końcowej fazie skurczu - 70N
Dzienna praca serca – 86400 J
Masa krwi wyrzucanej przez serce dziennie wynosi 5200 kg
Moc rozwijana podczas szybkiego chodzenia – 200 W

Parametry elektryczne człowieka

Specyficzna odporność tkanek organizmu:
...wierzchnia warstwa suchej skóry - 330000 Ohm.m
...krew - 1,8 Ohm.m
...mięśnie - 1,5 Ohm.m
Stała dielektryczna:
...skóra sucha - od 40 do 50
...krew - 85
Opór człowieka od końca jednej ręki do końca drugiej (przy suchej skórze) - 15000 omów
Przepływ prądu przez ciało człowieka:
...bezpieczny - poniżej 0,001 A
...zagrażające życiu - ponad 0,05 A
Bezpieczne napięcie elektryczne:
...suche pomieszczenie - poniżej 12 V
...wilgotne pomieszczenie - poniżej 36 V

Parametry optyczne człowieka

Czas utrzymywania wrażenia wzrokowego przez oko - 0,14 s
Średnica gałki ocznej osoby dorosłej wynosi 25 mm
Współczynnik załamania soczewki - 1,4
Moc optyczna:
...soczewka - od 19 do 33 dioptrii
...oczy ogółem - 60 dioptrii
Średnica źrenicy:
...w świetle dziennym - 2 mm
...przy oświetleniu nocnym - od 6 do 8 mm
Ciśnienie wewnątrzgałkowe - 104 kPa (780 mm Hg)
Liczba pręcików w siatkówce wynosi 130 milionów
Liczba czopków w siatkówce wynosi 7 milionów
Minimalny rozmiar obrazu na siatkówce, przy którym postrzegane są oddzielnie dwa punkty obiektu, wynosi 0,002 mm
Długość fali światła, na którą oko jest najbardziej wrażliwe, wynosi 555 mm

Parametry promieniowania człowieka

Dopuszczalna dawka promieniowania - do 0,25 Gy
Dawka promieniowania powodująca chorobę popromienną - od 1 do 6 Gy
Śmiertelna dawka promieniowania - od 6 do 10 Gy

„Wszystkich ciał, firmamentu, gwiazd, Ziemi i jej królestw nie można porównywać z najniższymi umysłami, ponieważ umysł nosi w sobie wiedzę o tym wszystkim, ale ciała nic nie wiedzą”.

Praca mechaniczna, jaką człowiek jest w stanie wykonać w ciągu dnia, zależy od wielu czynników, dlatego trudno wskazać jakąkolwiek wartość graniczną. Uwaga ta dotyczy również mocy. Tak więc przy krótkotrwałych wysiłkach osoba może rozwinąć moc rzędu kilku kilowatów. Jeżeli zawodnik o masie 70 kg podskoczy z miejsca tak, że jego środek masy wzniesie się o 1 m w stosunku do postawy normalnej, a faza odbicia trwa 0,2 s, to rozwinie on siłę około

Podczas chodzenia człowiek wykonuje pracę, ponieważ w tym przypadku energia jest zużywana na okresowe lekkie unoszenie ciała oraz na przyspieszanie i zwalnianie kończyn, głównie nóg.

Osoba ważąca 75 kg, idąc z prędkością 5 km/h, rozwija moc około 60 W. Wraz ze wzrostem prędkości moc ta szybko rośnie, osiągając 200 W przy 7 km/h. Podczas jazdy na rowerze położenie środka masy człowieka zmienia się znacznie mniej niż podczas chodzenia, a przyspieszenie nóg również jest mniejsze. Dlatego też zużycie energii podczas jazdy na rowerze jest znacznie mniejsze: 30 W przy 9 km/h, 120 W przy 18 km/h.

Praca spada do zera, jeśli nie ma ruchu. Dlatego też, gdy ładunek znajduje się na podporze, stojaku lub jest zawieszony na nitce, grawitacja nie działa. Jednak każdemu z nas znane jest zmęczenie mięśni ramion i barków, gdy trzymamy w bezruchu odważnik lub hantle na wyciągnięcie ręki. W ten sam sposób mięśnie pleców i okolicy lędźwiowej ulegają zmęczeniu, jeśli na plecach osoby siedzącej zostanie umieszczony ładunek. W obu przypadkach ładunek jest nieruchomy i nie ma pracy. Zmęczenie wskazuje, że mięśnie wykonują pracę. Ten rodzaj pracy nazywa się statyczna praca mięśni.

Tak naprawdę nie ma statyki (bezruchu) w rozumieniu mechaniki. Następują bardzo małe i częste skurcze i rozluźnienia, niewidoczne dla oka, a jednocześnie wykonywana jest praca wbrew siłom grawitacji. Zatem praca statyczna danej osoby jest w rzeczywistości zwykłą pracą dynamiczną.

Do pomiaru wydajności człowieka używa się instrumentów tzw ergometry. Nazywa się odpowiednią sekcję technologii pomiarowej ergometria.

Przykładem ergometru jest rower z hamulcem (ergometr rowerowy; rys. 4.1). Na obręcz obracającego się koła nałożona jest stalowa opaska. 2. Siłę tarcia pomiędzy taśmą a obręczą koła mierzy się za pomocą hamowni nr 3. Cała praca badanego poświęcona jest pokonaniu siły tarcia (pozostałe rodzaje pracy pomijamy). Mnożąc obwód koła przez siłę tarcia, obliczymy pracę wykonaną przy każdym obrocie, a znając liczbę obrotów i czas badania, wyznaczymy pracę całkowitą i moc średnią.

Na kursie fizyki studiowanym we współczesnych szkołach praktycznie nie zwraca się uwagi na parametry fizyczne charakteryzujące osobę. Jednak w związku z studiowaniem w szkole zagadnień psychologicznych, modelowaniem procesów zachodzących w organizmach żywych, technologią i rozwojem takiej nauki jak bionika, uczniowie wykazują coraz większe zainteresowanie studiowaniem fizyki człowieka.

Studiując ten kierunek, studenci nie tylko zaspokoją swoje potrzeby edukacyjne, ale także zdobędą umiejętności badawcze, zapoznają się z metodami badawczymi z fizyki i biologii oraz otrzymają krótką informację o sprzęcie medycznym i biologicznym. Umiejętności nabyte podczas pracy z przyrządami pomiarowymi, wykonywania prac praktycznych i ustawiania doświadczeń przydadzą się w dalszej działalności naukowo-technicznej. Wyjaśnienie poszczególnych procesów zachodzących w organizmach żywych na podstawie praw fizycznych pomoże im ustalić związki przyczynowo-skutkowe istniejące w przyrodzie ożywionej i nieożywionej oraz wzbudzi zainteresowanie nie tylko fizyką, ale także biologią.

Program zajęć ma charakter praktyczny i zawiera elementy działalności badawczej. Ten przedmiot do wyboru może być wykorzystany do nauczania w klasach o profilu biologicznym, chemicznym lub medycznym.

Nauka przedmiotu fakultatywnego obejmuje 17 godzin, z czego 7,3 godziny (43%) to zajęcia teoretyczne, 9,7 godziny (57%) to zajęcia praktyczne (rozwiązywanie problemów, wykonywanie prac laboratoryjnych).

Główne cele kursu:

• Pokaż studentom jedność praw natury, zastosowanie praw fizyki do żywego organizmu, przyszły rozwój nauki i technologii, a także pokaż, w jakich obszarach działalności zawodowej wiedza zdobyta na specjalnym kursie będzie przydatna ich.
• Tworzenie warunków do kształtowania i rozwoju umiejętności intelektualnych i praktycznych wśród uczniów w zakresie eksperymentów fizycznych.
• Rozwijaj aktywność poznawczą i niezależność, chęć samorozwoju i samodoskonalenia.

Cele kursu:

• Promowanie kształtowania zainteresowań poznawczych fizyką i rozwoju zdolności twórczych uczniów.
• Rozwijaj kompetencje intelektualne uczniów.
• Rozwijanie umiejętności wykonywania pracy praktycznej i prowadzenia działalności badawczej.
• Doskonalenie umiejętności pracy z literaturą referencyjną i popularnonaukową.

Po ukończeniu kursu studenci muszą

• wiedzieć:
  • jakie prawa fizyczne można wykorzystać do wyjaśnienia procesów zachodzących w organizmie człowieka;
  • cechy Twojego ciała z punktu widzenia praw fizyki.
• móc:
  • pracować z różnymi źródłami informacji;
  • obserwować i badać zjawiska, opisywać wyniki obserwacji;
  • modelować zjawiska, dobierać niezbędne przyrządy, wykonywać pomiary, prezentować wyniki pomiarów w formie tabel, wykresów, wyznaczać zadania badawcze.

Treść dania głównego

Treść kursu różni się jakościowo od podstawowego kursu fizyki. Na lekcjach prawa fizyki omawiane są głównie w obiektach nieożywionych. Bardzo ważne jest jednak, aby uczniowie stopniowo rozwijali w uczniach przekonanie, że związek przyczynowo-skutkowy zjawisk ma charakter uniwersalny i że wszystkie zjawiska zachodzące w otaczającym nas świecie są ze sobą powiązane. W ramach zajęć poruszane są zagadnienia mające na celu rozwijanie zainteresowań fizyką, zajęcia eksperymentalne oraz rozwijanie umiejętności pracy z literaturą przedmiotu. Po ukończeniu kursu studenci tworzą „Paszport Fizyczny Osoby”.

Parametry mechaniczne człowieka- Godzina 10

Fizyka. Człowiek. Badania biofizyczne w fizyce. Wymiary liniowe różnych części ciała człowieka, ich masa. Gęstość płynów i tkanek stałych tworzących człowieka.
Wielkości kinematyczne i ciało człowieka.
Ruch ciała w polu grawitacyjnym. Swobodny spadek. Czas reakcji człowieka. Ruch ciała rzuconego pod kątem do poziomu.
Pierwsze prawo Newtona. Bezwładność w przyrodzie ożywionej. Drugie prawo Newtona. Określenie siły człowieka. Dynamika tkanki mięśniowej. Trzecie prawo Newtona.
Ciało ludzkie w polu grawitacyjnym Ziemi. Warunki długotrwałej egzystencji człowieka na stacji kosmicznej. Środki chroniące pilotów i astronautów przed przyspieszeniem. Nieważkość i przeciążenie.
Postawa wyprostowana a układ mięśniowo-szkieletowy człowieka. Chodzący mężczyzna. Rodzaje stawów. Deformacja kości, ścięgien, mięśni. Wytrzymałość materiałów biologicznych. Budowa kości z punktu widzenia możliwości największych odkształceń.
Przejaw siły tarcia w organizmie człowieka, naturalne smarowanie. Drogi hamowania.
Ciśnienie. Atmosfera i ludzie. Oddech. Ciśnienie płynu. Ciśnienie krwi. Prawa przepływu krwi w organizmie człowieka.
Utrzymywanie równowagi przez organizmy żywe. Środek ciężkości ciała ludzkiego. Dźwignie w ludzkim ciele.
Praca i moc rozwijana przez człowieka w różnych rodzajach czynności. „Energia” i rozwój człowieka. Zastosowanie prawa zachowania energii do niektórych rodzajów ruchu człowieka.
Rola ciśnienia atmosferycznego w życiu człowieka. Ciśnienie osmotyczne. Zmiany ciśnienia krwi w naczyniach włosowatych. Układ oddechowy.
Prace laboratoryjne.

• Przeprowadzanie pomiarów antropologicznych
• Wyznacz średnią prędkość ruchu.
• Wyznaczanie czasu reakcji człowieka.
• Kalibracja dynamometru i określenie siły pleców człowieka.
• Wyznaczanie współczynników tarcia podeszew butów ludzkich o różne powierzchnie.
• Określenie mocy rozwiniętej przez osobę.

Oscylacje i fale w organizmach żywych- 2 godziny

Oscylacje i człowiek. Pochodzenie biorytmów. Serce i dźwięki towarzyszące pracy serca i płuc, ich zapis.
Dźwięk jako środek percepcji i przekazywania informacji. Narząd słuchu. Ultradźwięki i infradźwięki. Zakres słyszalności dźwięku. Aparat głosowy człowieka. Charakterystyka głosu ludzkiego.
Praca laboratoryjna.

• Określanie objętości oddechowej płuc człowieka.
• Przeprowadzanie pomiarów instrumentalnych i testów funkcjonalnych.
• Liczenie pulsu przed i po dozowanym wysiłku fizycznym.
• Badanie właściwości ucha.

Zjawiska termiczne- 1 godzina

Termoregulacja organizmu człowieka. Wilgotność. Układ oddechowy. Procesy termiczne w organizmie człowieka. Człowiek jest jak silnik cieplny. Praca laboratoryjna.

• Obliczanie kosztów energii i określanie spożycia kalorii

Elektryczność i magnetyzm- 2 godziny

Właściwości elektryczne organizmu człowieka. Bioelektryczność. Bakterie są pierwszymi elektrykami na Ziemi. Fotoreceptory, elektroreceptory, bioelektryczność snu. Oporność elektryczna narządów człowieka na prąd stały i przemienny.
Człowiek w świecie promieniowania elektromagnetycznego.
Praca laboratoryjna.

• Oznaczanie odporności tkanek ludzkich na prąd elektryczny stały i przemienny.

Parametry optyczne człowieka – 1 godzina

Struktura ludzkiego oka. Siła akomodacji oka. Moc optyczna. Wady wzroku i sposoby ich korygowania. Cechy ludzkiego wzroku. Zdolność rozdzielcza oka ludzkiego. Jak to jest, że widzimy. Dlaczego potrzebujemy dwojga oczu? Wrażliwość widmowa i energetyczna oka.
Praca laboratoryjna.

• Obserwacja niektórych cech psychofizjologicznych ludzkiego wzroku.
• Wyznaczanie charakterystycznych parametrów wzroku człowieka.
• Wyznaczanie granic widmowych wrażliwości oka ludzkiego.

System certyfikacji studentów. Po ukończeniu kursu zaliczenie następuje po spełnieniu następujących warunków:

• Aktywny udział w przygotowaniu i prowadzeniu seminariów, konferencji, publikacji gazet i produkcji modeli.
• Wykonanie co najmniej połowy prac laboratoryjnych.
• Wykonanie co najmniej jednego zadania eksperymentalnego o charakterze badawczym lub projektowym.
• Sporządzenie „Paszportu Fizycznego Osoby”.

Planowanie zajęć tematycznych

NIE.	Temat lekcji	Liczba godzin
		Całkowity	teoria	ćwiczyć
Parametry mechaniczne człowieka (10 godz.)
1.	Fizyka. Człowiek. Środowisko.
2.	Kinematyka i ciało człowieka.
3.	Ruch ciała w polu grawitacyjnym.
4.	Prawa Newtona w życiu człowieka.
5.	Grawitacja i człowiek.
6.	Postawa wyprostowana a układ mięśniowo-szkieletowy człowieka.
7.	Manifestacja siły tarcia w organizmie człowieka.
8.	Praca i moc rozwijana przez człowieka w różnych rodzajach czynności.
9.	Statyka w organizmie człowieka.
10.	Ciśnienie i organizm ludzki.
Oscylacje i fale w organizmach żywych (2 godz.)
11.	Oscylacje i człowiek.
12.	Dźwięk.
Zjawiska termiczne (1 godz.)
13.	Procesy termiczne w organizmie człowieka.
Elektryczność i magnetyzm. (2 godziny)
14.	Właściwości elektryczne organizmu człowieka
15.	Człowiek w świecie promieniowania elektromagnetycznego.
Parametry optyczne człowieka (1 godz.)
16.	Oko i wzrok
17.	Konferencja.
	Całkowity:

Do pierwszej grupy zalicza się: masę poszczególnych części ciała człowieka, gęstość, moduł sprężystości i moduł sprężystości przy ścinaniu tkanek miękkich i twardych ciała, prędkość propagacji fal naprężeń w tkankach oraz ich charakterystyczne impedancje.[... ]

Na drugą grupę charakterystyk pochodnych składają się: wskaźniki względnego tłumienia drgań rozchodzących się w organizmie od miejsca wzbudzenia, charakterystyki częstotliwościowe wejściowych impedancji mechanicznych w obszarze kontaktu ciała z powierzchniami wibrującymi, przejściowe charakterystyki mechaniczne impedancje dowolnego punktu na powierzchni ciała, częstotliwości drgań własnych struktur ciała.[ ...]

Notatka. Waga ręki 0,6 kg, przedramienia 1,6 kg, barku 2,3 ​​kg.[...]

W tabeli Na rycinie 4 przedstawiono masy poszczególnych części ciała człowieka uśrednione według danych N.N. Khavkina, Coldmana (cyt. za: Harris i Crede, 1961) oraz Woodson i Conover (1968), w odniesieniu do masy całkowitej oraz w wartościach bezwzględnych. Te ostatnie odnoszą się do średniej dla mężczyzn o wzroście 175 cm i wadze 70 kg.[...]

W tabeli 6, w oparciu o te same źródła literackie, pokazuje średnie zmiany sztywności K i oporu dyssypacyjnego R tkanek miękkich ciała podczas ich przemieszczania się pod wpływem obciążenia statycznego na powierzchnię 1 cm2.[...]

Dane te zostały uzyskane przez Franke (cytowane przez Harris i Crede, 1961) tylko dla dwóch osób i charakteryzowały się rozproszeniem odczytów. Niemniej jednak można zauważyć, że pod obciążeniami powodującymi przemieszczenia tkanek nieprzekraczające 5 mm sztywność K i rezystancja R zmieniają się niemal liniowo wraz ze zmianą obciążenia. Przy przemieszczeniach większych niż 5 mm tkanki ciała wykazują charakterystyczną nieliniowość właściwości sprężysto-lepkich.

Spośród pochodnych właściwości mechanicznych ciała ludzkiego rozważmy najpierw tłumienie drgań rozchodzących się po całym ciele od punktu wzbudzenia. To tłumienie dla częstotliwości 50 Hz zostało po raz pierwszy zbadane w 1939 roku przez Vökevu.[...]

Dla nas badanie tłumienia drgań rozchodzących się po całym ciele człowieka było interesujące w nieco innym aspekcie, a mianowicie w porównaniu charakterystyk tłumienia oscylacji o różnych częstotliwościach pod wpływem wibracji przez stopy lub dłonie w w celu wyjaśnienia pojęć drgań „lokalnych” i „ogólnych” oraz określenia wielkości strefy odbiorczej objętej ruchem oscylacyjnym.[...]

Przeprowadziliśmy także badania na 10 praktycznie zdrowych mężczyznach (po dziesięć eksperymentów) w zakresie częstotliwości od 8 do 125 Hz i pod wpływem drgań na stopach i dłoniach. Źródłem drgań był mechaniczny stojak wibracyjny VUS-70/200. Badany albo stał na platformie stojaka, albo będąc poza nim, naciskał od góry do dołu na wibrujący uchwyt przymocowany do platformy, monitorując określoną siłę nacisku za pomocą urządzenia wskazującego. Rozchodzenie się drgań rejestrowano za pomocą sprzętu pomiarowego firmy Brühl & Co. z 30-gramowym czujnikiem dociskanym dłonią testującego do występów kostnych w stałych punktach ciała. Zmierzone poziomy prędkości drgań uśredniano poprzez wyznaczenie odchyleń standardowych, które wahały się w granicach ±2-5 dB.[...]

Badaliśmy wpływ napięcia mięśni na przewodnictwo drgań przez tkanki ręki, mierząc natężenie drgań w tych samych punktach – na ramieniu osób badanych – w warunkach tego samego poziomu prędkości oscylacyjnej w strefie kontaktu z powierzchnią wibrującą, ale z różną siłą nacisku na rękojeść.[...]

Tabele do tego rozdziału: