Исследовательская работа по физике «Исследование зависимости давления твердых тел от сил давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления»

Исследовательская работа по физике

«Исследование зависимости давления твердых тел от сил давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления»

Актуализация: В 7 классе мы выполняли задание по расчету давления, которое производит человек, стоя на одной ноге. Задание интересное, познавательное и имеет большое практическое значение в жизни человека. Мы решили изучить этот вопрос. Гипотеза: давление твердых тел зависит от силы давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления. Это оказывает также влияние и на здоровье человека.

Цель: исследовать зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления и выяснить зависимость давления от высоты каблука обуви.

Использовали:

обувь с разной площадью подошвы;

бумага в клетку;

фотоаппарат.

Задачи:

1.Рассмотреть основные понятия темы.

2.Оценить зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления.

3.Оценить зависимость давления от высоты каблука обуви.

4.Определить способ, которым можно выявить плоскостопие.

В процессе работы использовались следующие методы исследования:

1.теоретические (моделирование, проведение аналогий, сравнительного анализа, обобщение)

2. эмпирические (проведение эксперимента).

3. математические (метод визуализации данных)

Введение.

Что такое давление? Давление - это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Единица давления – Паскаль (Па).

Используя также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа)

1 кПа = 1000 Па 1 Па = 0,001 кПа

1 гПа = Па 1 Па = 0,01 гПа

Методика вычисления площади тел неправильной формы такова:

- подсчитываем количество квадратов целых,

- подсчитываем количество квадратов известной площади не целых и делим пополам,

-суммируем площади целых и нецелых квадратов

Для этого я с помощью карандаша обвела края подметки и каблука; посчитала число полных (В) и неполных клеток (С) и определила площадь одной клетки (S_к); S₁ = (В + С/2) · S_к

. 758 х1/4см²= 129, 5 см^{2 -} S опоры

129,5см^{2 =} 0,01295 м²

Организация опыта №1

Цель: определить зависимость давления твердого тела от силы давления при неизменной площади опоры.

Для того чтобы выполнить задачу исследования мы измерим массу исследуемого ученика, а затем измерим массу ученика с рюкзаком в 1,3,5 кг на электронных весах, не меняя его площадь опоры.

Кстати, вес ранца с учебным комплектом не должен превышать 1-2 классы 1,5 кг 3-4 классы 2,5 кг 5-6 классы 3 кг 7-8 классы 3,5 кг 9-11 классы 3,5-4 кг

1. P =Fg/S=400H/0,0295 м²=13559,3 н/м²

^{2. P =Fg/S=410H/0,0295 м2=13898,3 н/м2}

^{3. P =Fg/S=430H/0,0295 м2=14576,3 н/м2}

^{4. P =Fg/S=450H/0,0295 м2=15254,2 н/м2}

^{Построив график зависимости давления твердого тела от силы давления, сделали вывод.}

^{Вывод: давление твердого тела на опору с увеличением силы давления увеличивается.} Организация опыта №2

^{Цель: определить зависимость давления твердого тела от площади опоры.}

^{Вычислим площадь, не меняя массы:}

^{- одной ступни ученика в обуви;}

^{- площадь опоры на 2-х ногах;}

^{- площадь ученика лежа (допущение – масса распределена равномерно).}

^{-Площадь одной ступни в обуви S =129,5 см2= 0,01295 м2,}

^{Давление на одной ноге: Р=400Н:0,01295 м2=27118,6Па}

^{-Площадь двух ступней в обуви S = 259 см2= 0,0259м2}

^{Давление на двух ногах: Р=400Н:0,0295 м2=13559,3Па}

^{-Площадь ученика лежа.}

^{Разделив для удобства и быстроты вычисления площадь опоры лежачего ученика на 5 частей}

^{Суммарная площадь лежащего ученика: S = 3435 см2 =0,3435 м2}

^{Давление лежа: Р=400Н: 0,3435 м2=1164Па}

^{Построив график зависимости давления твердого тела от площади опоры, сделали вывод.}

^{Вывод: с увеличением площади опоры твердого тела при неизменной силе давления давление тела на опору уменьшается}

^{Выводы:}

^{Чем больше масса ученика, тем больше сила давления, тем больше давление, производимое телом на опору (пол). Между силой давления и давлением тела существует прямая зависимость.}

^{Чем больше площадь опоры тела при неизменной массе (силе давления), тем меньше давление, оказываемое телом на опору. Между давлением и площадью опоры тела существует обратная зависимость.}

Организация опыта №3

^{Цель: Рассчитать давление, создаваемое на стопу в зависимости от площади подошвы обуви, а значит и от высоты каблука}

^{Широкий каблук – 2 см}

^{≈ 56 000 Па}

^{Толстый каблук – 10 см}

^{≈ 70000 Па}

Шпилька – 10 см

≈ 94000 Па

По расчетам ученых при ходьбе это давление еще увеличивается более чем в два раза!

≈108888 Па

В результате исследования увидели, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору. А также что давление, оказываемое на стопу в обуви на высокой шпильке высотой 10 см, почти в два раза превышает давление, оказываемое на стопу в обуви на маленьком каблуке высотой 2 см и сравнимо с давлением, которое оказывает гусеничный трактор на почву.

Слон давит на 1 квадратный сантиметр поверхности в 25 раз с меньшим весом, чем женщина на 13 сантиметровом каблуке.

Потом представили что будет, если женщина массой 70 кг случайно наступит кому-нибудь на ногу своим каблучком или своей шпилькой. Площадь на которую при этом опирается женщина, будет равна для каблучка S_к = 4 см² = 0,0004 м² и для шпильки S_ш = 1 см² = 0,0001 м².

В результате измерений пришли к выводу, что давление, оказываемое одной шпилькой приблизительно равно давлению, которое оказывают 137 гусеничных тракторов, а давление каблука оказалось в 4 раза меньше давления шпильки на горизонтальную поверхность. Так что берегите свои ноги от чужих каблуков.

Каблуки – главнейшая причина возникновения плоскостопия у женщин

При ношении каблуков происходит повышение и смещение ближе к оси тела центра тяжести, что приводит к усилению нагрузки на передний отдел стопы и подворачивание стопы внутрь. Поэтому чем меньше каблук, тем лучше.

При развитии плоскостопия снижается важнейшая функция стоп - смягчение ударных нагрузок при быстрой ходьбе, беге, прыжках. Впоследствии появляются трудности с долгим стоянием в одной позе, а также нарушается плавность походки.

Отказываться полностью от каблуков тоже нельзя, даже при диагнозе плоскостопии. Если у вашей обуви отсутствует высота, многие любят носить балетки, кеды, мокасины — у вас также повышаются шансы к развитию плоскостопия и можно так же попасть к ортопеду.

Получается противоречие, какое-то, не так ли? Высокую обувь носить нельзя, кеды, балетки тоже. Можно и нужно носить обувь на каблуке, а идеальным вариантом в исчислении каблука станет формула, с помощью которой вычисляется его высота: Надо измерить длину стопы в сантиметрах и разделить её на семь.

Простой и надежный способ, которым можно выявить плоскостопие, следующий. Обильно смажьте жирным кремом поверхность стопы. Встаньте на белый лист бумаги. Лучше смазать сразу обе стопы, чтобы можно было стоять прямо, ни на что не опираясь. Только в этом случае вы получите объективный результат. Образовавшиеся отпечатки внимательно изучите.

Исследовательская работа по физике

«Исследование зависимости давления твердых тел от сил давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления»

Актуализация: В 7 классе мы выполняли задание по расчету давления, которое производит человек, стоя на одной ноге. Задание интересное, познавательное и имеет большое практическое значение в жизни человека. Мы решили изучить этот вопрос. Гипотеза: давление твердых тел зависит от силы давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления. Это оказывает также влияние и на здоровье человека.

Цель: исследовать зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления и выяснить зависимость давления от высоты каблука обуви.

Использовали:

обувь с разной площадью подошвы;

бумага в клетку;

фотоаппарат.

Задачи:

1.Рассмотреть основные понятия темы.

2.Оценить зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления.

3.Оценить зависимость давления от высоты каблука обуви.

4.Определить способ, которым можно выявить плоскостопие.

В процессе работы использовались следующие методы исследования:

1.теоретические (моделирование, проведение аналогий, сравнительного анализа, обобщение)

2. эмпирические (проведение эксперимента).

3. математические (метод визуализации данных)

Введение.

Что такое давление? Давление - это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Единица давления – Паскаль (Па).

Используя также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа)

1 кПа = 1000 Па 1 Па = 0,001 кПа

1 гПа = Па 1 Па = 0,01 гПа

Методика вычисления площади тел неправильной формы такова:

- подсчитываем количество квадратов целых,

- подсчитываем количество квадратов известной площади не целых и делим пополам,

-суммируем площади целых и нецелых квадратов

Для этого я с помощью карандаша обвела края подметки и каблука; посчитала число полных (В) и неполных клеток (С) и определила площадь одной клетки (S_к); S₁ = (В + С/2) · S_к

. 758 х1/4см²= 129, 5 см^{2 -} S опоры

129,5см^{2 =} 0,01295 м²

Организация опыта №1

Цель: определить зависимость давления твердого тела от силы давления при неизменной площади опоры.

Для того чтобы выполнить задачу исследования мы измерим массу исследуемого ученика, а затем измерим массу ученика с рюкзаком в 1,3,5 кг на электронных весах, не меняя его площадь опоры.

Кстати, вес ранца с учебным комплектом не должен превышать 1-2 классы 1,5 кг 3-4 классы 2,5 кг 5-6 классы 3 кг 7-8 классы 3,5 кг 9-11 классы 3,5-4 кг

1. P =Fg/S=400H/0,0295 м²=13559,3 н/м²

^{2. P =Fg/S=410H/0,0295 м2=13898,3 н/м2}

^{3. P =Fg/S=430H/0,0295 м2=14576,3 н/м2}

^{4. P =Fg/S=450H/0,0295 м2=15254,2 н/м2}

^{Построив график зависимости давления твердого тела от силы давления, сделали вывод.}

^{Вывод: давление твердого тела на опору с увеличением силы давления увеличивается.} Организация опыта №2

^{Цель: определить зависимость давления твердого тела от площади опоры.}

^{Вычислим площадь, не меняя массы:}

^{- одной ступни ученика в обуви;}

^{- площадь опоры на 2-х ногах;}

^{- площадь ученика лежа (допущение – масса распределена равномерно).}

^{-Площадь одной ступни в обуви S =129,5 см2= 0,01295 м2,}

^{Давление на одной ноге: Р=400Н:0,01295 м2=27118,6Па}

^{-Площадь двух ступней в обуви S = 259 см2= 0,0259м2}

^{Давление на двух ногах: Р=400Н:0,0295 м2=13559,3Па}

^{-Площадь ученика лежа.}

^{Разделив для удобства и быстроты вычисления площадь опоры лежачего ученика на 5 частей}

^{Суммарная площадь лежащего ученика: S = 3435 см2 =0,3435 м2}

^{Давление лежа: Р=400Н: 0,3435 м2=1164Па}

^{Построив график зависимости давления твердого тела от площади опоры, сделали вывод.}

^{Вывод: с увеличением площади опоры твердого тела при неизменной силе давления давление тела на опору уменьшается}

^{Выводы:}

^{Чем больше масса ученика, тем больше сила давления, тем больше давление, производимое телом на опору (пол). Между силой давления и давлением тела существует прямая зависимость.}

^{Чем больше площадь опоры тела при неизменной массе (силе давления), тем меньше давление, оказываемое телом на опору. Между давлением и площадью опоры тела существует обратная зависимость.}

Организация опыта №3

^{Цель: Рассчитать давление, создаваемое на стопу в зависимости от площади подошвы обуви, а значит и от высоты каблука}

^{Широкий каблук – 2 см}

^{≈ 56 000 Па}

^{Толстый каблук – 10 см}

^{≈ 70000 Па}

Шпилька – 10 см

≈ 94000 Па

По расчетам ученых при ходьбе это давление еще увеличивается более чем в два раза!

≈108888 Па

В результате исследования увидели, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору. А также что давление, оказываемое на стопу в обуви на высокой шпильке высотой 10 см, почти в два раза превышает давление, оказываемое на стопу в обуви на маленьком каблуке высотой 2 см и сравнимо с давлением, которое оказывает гусеничный трактор на почву.

Слон давит на 1 квадратный сантиметр поверхности в 25 раз с меньшим весом, чем женщина на 13 сантиметровом каблуке.

Потом представили что будет, если женщина массой 70 кг случайно наступит кому-нибудь на ногу своим каблучком или своей шпилькой. Площадь на которую при этом опирается женщина, будет равна для каблучка S_к = 4 см² = 0,0004 м² и для шпильки S_ш = 1 см² = 0,0001 м².

В результате измерений пришли к выводу, что давление, оказываемое одной шпилькой приблизительно равно давлению, которое оказывают 137 гусеничных тракторов, а давление каблука оказалось в 4 раза меньше давления шпильки на горизонтальную поверхность. Так что берегите свои ноги от чужих каблуков.

Каблуки – главнейшая причина возникновения плоскостопия у женщин

При ношении каблуков происходит повышение и смещение ближе к оси тела центра тяжести, что приводит к усилению нагрузки на передний отдел стопы и подворачивание стопы внутрь. Поэтому чем меньше каблук, тем лучше.

При развитии плоскостопия снижается важнейшая функция стоп - смягчение ударных нагрузок при быстрой ходьбе, беге, прыжках. Впоследствии появляются трудности с долгим стоянием в одной позе, а также нарушается плавность походки.

Отказываться полностью от каблуков тоже нельзя, даже при диагнозе плоскостопии. Если у вашей обуви отсутствует высота, многие любят носить балетки, кеды, мокасины — у вас также повышаются шансы к развитию плоскостопия и можно так же попасть к ортопеду.

Получается противоречие, какое-то, не так ли? Высокую обувь носить нельзя, кеды, балетки тоже. Можно и нужно носить обувь на каблуке, а идеальным вариантом в исчислении каблука станет формула, с помощью которой вычисляется его высота: Надо измерить длину стопы в сантиметрах и разделить её на семь.

Простой и надежный способ, которым можно выявить плоскостопие, следующий. Обильно смажьте жирным кремом поверхность стопы. Встаньте на белый лист бумаги. Лучше смазать сразу обе стопы, чтобы можно было стоять прямо, ни на что не опираясь. Только в этом случае вы получите объективный результат. Образовавшиеся отпечатки внимательно изучите.