Исследовательский проект «Исследование давления, производимое человеком на поверхность»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 г. Ершова

Саратовской области имени Героя Советского Союза Зуева М.А.»

Исследовательский проект «Исследование давления, производимое человеком на поверхность»

Выполнил: ученики 7 «В» класса Руководитель проекта: учитель физики Е.В. Филиппова

2020 г.

Содержание

1. Введение

2. Цели и задачи проекта; проблема исследования

3. Теоретическое исследование

4. Практическое исследование

5. Заключение

Введение

Практическая значимость нашего исследования заключается в сформулированных способах повышения и понижения давления, которое производит человек (предмет) на поверхность. Данная работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики или факультативных занятиях, а также для самообразования учащихся.

Актуальность нашего исследования заключается в том, чтобы показать практическое применение в быту и производстве увеличение и уменьшение давления на опору, а также влияние площади подошвы обуви на организм человека.

Цель работы: Изучение и определение давления. Развитие умения и навыков решения физических задач, применения полученных теоретических знаний на практике, в конкретной ситуации.

Проблема исследования видится в необходимости определения давления человека (предмета) на опору и его применения в жизни человека (быту, производстве…).

Задачи работы:

1. Изучение литературы по данной проблеме.

2. Изучение формул для определения площади опоры и давления, производимого человеком на эту опору.

3. Вычисление давления человека на поверхность в зависимости от обуви.

4. Изучение способов уменьшения и увеличения давления.

5. Рассмотреть способы уменьшения и увеличения давления на конкретных примерах.

Основы исследования:

Объект исследования: давление, которое производит человек на опору.

Предмет исследования: определение давления человека (предмета) на опору и его применения в жизни человека (быту, производстве…).

Методы работы: изучение литературы, расчёты, сравнение и анализ, эксперимент.

Гипотеза исследования: если правильно рассчитать давление человека (предмета) на опору, то можно уменьшить или увеличить давление, а это необходимо для проведения каких-либо работ (экспериментов, опытов) в быту или производстве.

Теоретическое исследование

Что такое давление?

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но надев лыжи, он может идти почти, не проваливаясь в него. На лыжах или без них человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу P= F_тяж= mg. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что разная площадь поверхности, на которую давит человек с лыжами и без них. Площадь поверхности лыжи почти в 20 раз больше поверхности подошвы, поэтому стоя на лыжах человек, действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует.

Величина равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением и находится по формуле: p=F/S , где p – давление, Па; F – сила, действующая на поверхность, Н; S – площадь поверхности, м².

Единица давления Па, названа в честь французского учёного Блеза Паскаля.

Способы увеличения и уменьшения давления

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление 60 кПа, т. е. всего в 2—3 раза больше, чем давление мальчика сой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется большую площадь. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, хотят ли получить малое или большое давле­ние, площадь опоры увеличивают или уменьшают. Например, для то­го чтобы грунт мог выдержать дав­ление возводимого здания, увели­чивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значи­тельно шире, чем легковых. Особенно широкими де­лают шины у автомобилей, пред­назначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, такие, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно не­большой силой создать большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как р площадь острия кнопки примерно 1 мм² , то давление, производимое ею, равно 50000кПа.

Это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусе­ничным трактором на почву.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, нож­ниц, резцов, пил, игл и др.) остро оттачивают. Острое лезвие имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создает­ся большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. — все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Практическое исследование

Определим давление, которое мы производим при ходьбе и стоя на месте. Для этого нам потребуются напольные весы, чтобы определить массу нашего тела, а также необходимо вычислить площадь нашей подошвы обуви, в которой мы проводим эксперимент.

Площадь нашей подошвы обуви мы определим таким образом:

1. Возьмем лист бумаги в клетку, поставим исследуемый ботинок на него и аккуратно обведём контур.

2. Сосчитаем число полных клеток, попавших в контур (N₁). Затем сосчитаем число неполных клеток, попавших в контур (N₂).

3. Произведём следующее вычисление N₁+ N₂/2= N₃

4. Полученное число N₃ умножим на площадь одной клетки (площадь квадратика на листе, взятом из школьной тетради, равна ¼ см² или 0,000025 м²) и получим площадь подошвы.

5. Воспользуемся формулой для нахождения давления p=F/S и определим, какое давление мы производим на поверхность, стоя на одной ноге, а если заменим S на 2S, то получим давление, которое мы производим на поверхность стоя на двух ногах.

6. Силу тяжести находим по формуле F=mg, где g - ускорение свободного падения, постоянная величина, она равна g=9,8 Н/кг (при решении задач, эту величину принято округлять до 10 Н/кг).

7. Чтобы наше исследование было более наглядным, мы определим давление, которое мы производим на поверхность в разной обуви.

8. И для полноты эксперимента возьмём двух человек для исследования.

9. Данныё измерений и вычислений оформим в виде таблицы:

*- площадь лыж нашли по формуле S=ав, т.к. они имеют форму прямоугольника.

Заключение

Рассматривая результаты измерений и вычислений из таблицы можно сделать следующие выводы:

1. Чем меньше площадь подошвы (опоры), чем большее давление тело производит на поверхность, что доказывает теоретические исследования.

2. Давление увеличивается в 2 раза, если человек встаёт на одну ногу.

3. Опыты № 4 и № 5 указывают, на то, что девушка в туфлях на высоких каблуках производит давление в 4,5 раза больше, чем в комнатных тапочках (по медицинским показаниям очень вредно ходить «на каблуках», т. к. возникает большая нагрузка на позвоночник)

4. Опыты № 3 и № 6 указывают, на то, что при одной и той же площади опоры (лыжи), но при разной силе тяжести (масса тел разная), давление будет большее при большей массе тела, что доказывает теоретические исследования.

Эта проблема изучается с древних времён, и применяется в быту, производстве, науке, сельском хозяйстве. Знание давления тел на опору помогает путешественникам, археологам, строителям, конструкторам.

Исследование давления, производимое человеком на поверхность

Подготовили ученики 7 “В” класса

МОУ СОШ №2

Руководитель: учитель физики Филиппова Елена Валентиновна

Введение

• Практическая значимость нашего исследования заключается в сформулированных способах повышения давления, которое производит человек (предмет) на поверхность. Данная работа имеет практическое значение и может быть использована на уроках физики или факультативных занятиях, а также для самообразования учащихся.
• Актуальность нашего исследования заключается в том ,чтобы показать практическое применение в быту и производстве увеличение и уменьшение давления на опору , а также влияние площади подошвы обуви на организм человека.

Цель работы

• Изучение и определение давления. Развитие умения и навыков решения физических задач, применения полученных теоретических знаний на практике, в конкретной ситуации.
• Проблема исследования видится в необходимости определения давления человека (предмета) на опору и его применение в жизни человека (в быту, производстве…)

Задачи работы

• 1. Изучение литературы по данной проблеме.
• 2. Изучение формул для определения площади опоры и давления, производимого человеком на эту опору
• 3.Вычисление давления человека на поверхность в зависимости от обуви.
• 4. Изучение способов уменьшения и увеличения давления.
• 5. Рассмотреть способы уменьшения и увеличения давления на конкретных примерах.

Что такое давление?

Величина равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности , к площади это поверхности, называется давлением

Способы увеличения и уменьшения давления

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление 60 кПа, т.е. всего в 2-3 раза больше ,чем давление мальчика массой 45кг. Это объясняется тем. Что вес трактора распределяется большую площадь. А мы установили , что чем больше площадь опоры , тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, хотят ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивают или уменьшают. Например, для того чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой создать большее давление. Например вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 H. Так как р площадь острия кнопки примерно 1 мм2 , то давление, производимое ею, равно 50000кПа

Это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву.

Практическое исследование

• Определим давление, которое мы производим при ходьбе и стоя на месте. Для этого нам потребуются напольные весы, чтобы определить массу нашего тела, а также необходимо вычислить площадь нашей подошвы обуви, в которой мы проводим эксперимент
• Площадь нашей подошвы обуви мы определим таким образом:
• 1. Возьмем лист бумаги в клетку, поставим исследуемый ботинок на него и аккуратно обведем контур.
• 2. Сосчитаем число полных клеток, попавших в контур (N1). Зачем сосчитаем число неполных клеток, попавших в контур (N2)
• 3. Произведем следующее вычисление N1 +N2/2 =N3
• 4. Полученное число N3 умножим на площадь одной клетки(площадь квадратика на листе, взятом из школьной тетради, равна 1/4 см2 или 0.000025 м2 ) и получим площадь подошвы .
• 5. Воспользуемся формулой для нахождения давления p=F/S и определим, какое давление мы производим на поверхность , стоя на одной ноге, а если S на 2S, то получим давление, которое мы производим на поверхность стоя на двух ногах.
• 6. Силу тяжести находим по формуле F= mg ,где g-ускорение свободного падения, постоянная величина, она равна g=9.8 H/кг (при решении задач ,эту величину принято округлять до 10H/кг )
• 7. Чтобы наше исследование было более наглядным , мы определим давление ,которое мы производим на поверхность в разной обуви.
• 8. И для полноты эксперимента возьмем двух человек для исследования.
• 9. Данные измерений и вычислений оформим в виде таблицы:

Наименование обуви

Зимние ботинки(муж)

№ опыта

Масса человека(m),кг

Модельные полуботинки(муж)

1

Сила тяжести (F),H

Лыжи *

38

2

Туфли на каблуке (жен)

38

380

Число полных клеток(N1),шт

3

38

Комнатные тапочки (жен)

Число неполных клеток(N2),шт

380

4

626

380

45

S подошвы,м2

5

Лыжи*

86

521

450

p,давление на 1 ноге, Па

45

-

108

6

0.016725

45

169

450

-

P,давление на двух ногах, Па

22720

0.014375

0.072

22720

450

802

11360

44

5278

0.00475

13017,5

100

-

94737

2639

-

0.0213

21127

47368,5

0.072

10563,5

6250

3125

*-площадь лыж нашли по формуле S= ав , т, к они имеют форму прямоугольника

Заключение

Заключение

• Рассматривая результаты измерений и вычислений из таблицы можно сделать следующие выводы:
• Чем меньше площадь подошвы (опоры), чем большее давление тело производит на поверхность, что доказывает теоретические исследования.
• Давление увеличивается в 2 раза, если человек встаёт на одну ногу.
• Опыты № 4 и № 5 указывают, на то, что девушка в туфлях на высоких каблуках производит давление в 4,5 раза больше, чем в комнатных тапочках (по медицинским показаниям очень вредно ходить «на каблуках», т. к. возникает большая нагрузка на позвоночник)
• Опыты № 3 и № 6 указывают, на то, что при одной и той же площади опоры (лыжи), но при разной силе тяжести (масса тел разная), давление будет большее при большей массе тела, что доказывает теоретические исследования.
•  
• Эта проблема изучается с древних времён, и применяется в быту, производстве, науке, сельском хозяйстве. Знание давления тел на опору помогает путешественникам, археологам, строителям, конструкторам.