Исследовательская работа на тему «Давление в природе: от микро до макроуровня»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Глава 1. Теоретическая часть 4

1.1 Что такое давление. Виды давления. 4

1.2 Давление в газах и жидкостях 6

1.3 Давление в медицине 7

1.4 Давление на суше 8

1.5 Давление в океане 9

1.6 Практическая часть 11

1.7 Заключение 11

Список литературы: 12

Приложение 1 (практическая часть) 13

Я заинтересовался давлением, когда попал на прием к врачу. Врач попросила протянуть руку, чтобы померить какое-то давление. Сначала я не понял что за давление и почему оно в моей руке. Затем вышел гулять и провалился в снег, а когда встал на лыжи и проехался все по тем же сугробам, почему-то снег выдержал, папа сказал, что это все давление. Как так? И в руке и в сугробе давление? Я решил разобраться, что же такое давление и где оно еще встречается?

Вышесказанное определило актуальность исследования и позволило определить цели, задачи и выдвинуть гипотезу.

Гипотеза: давление необходимовсему окружающему миру и без него нельзя обойтись.

Цель исследования:

Сформировать представление о давлении, изучить его происхождение, понять какое бывает давление, правила поведения и меры предосторожности.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

• найти нужную информацию по теме исследования в разных источниках, проанализировать ее и сделать выводы;

• провести небольшой наглядный эксперимент для демонстрации давления в домашних условиях;

Для решения поставленных задач использовались следующие методы:поиск нужной информации в сети Интернет, научной литературе, сравнение, обобщение.

Объектом исследования сталиразличные системы и явления, в которых проявляются эффекты давления.

Практическая значимость:

• выпустить презентацию для желающих раскрыть тайны физического явления - давление;

• в обогащении словарного запаса.

1. Что такое давление. Виды давления.

Различают несколько видов давления, я в своей работе расскажу о трех:

• Атмосферное давление — это давление воздуха на Землю. Оно уменьшается с высотой, поэтому на горах дышать труднее, чем на равнине.

• Давление в воде (гидростатическое) — увеличивается с глубиной. Чем глубже, тем больше воды над головой, и тем сильнее она давит. Поэтому на дне океана давление очень высокое.

• Давление у животных — кровь в теле животных и человека тоже находится под давлением, чтобы доставлять питательные вещества и кислород ко всем органам.

Давление – величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Рис.1. Различное действие силы

По рыхлому снегу человек идет с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но надев лыжи, он сможет идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах и без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако, действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человекс лыжами и без лыж.

Площадь поверхности лыжи почти в 20 раз больше площади 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.

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности

Бо́льшаяпо значению сила, действующая на ту же площадь, будет производить бо́льшее давление.

Единицей давления является паскаль (Па)¹.

Зачем давление уменьшать?

Уменьшение давления становится необходимым для предотвращения повреждений или разрушения объектов. 

Вы видели, какие следы оставляют тяжёлые машины, трактора на земле? Такие глубокие колеи возникают как раз из-за высокого давления.Значит, в таких случаях его нужно снижать. В противном случае природе потребуется слишком много времени для восстановления почвы.

Как болотоходы проходят по болотистой местности? Они имеют большую опорную площадь колес/гусениц, поэтому могут пройти там, где не пройдет человек.

А вспомните про безопасность на льду и правила поведения, если провалился под лед! Здесь тоже очень важно знать, как давление воздействует на лед, иначе может привести к печальным последствиям.

Рис.3. Давление и лед.

В зависимости от того, хотят ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивают или уменьшают. Например, для того чтобы земля могла выдержать давление строящегося здания, увеличивают площадь фундамента.

Рис.2. Давление при строительстве

Зачем давление увеличивать?

Попробуйте тупым ножом почистить картофель. Чем тупой нож отличается от острого? Конечно, площадью поверхности лезвия и давлением, которое мы прикладываем к предмету, когда воздействуем на него. Чем острее нож, тем меньше давление.

Острый гвоздь легче преодолевает сопротивление деревянной доски, а острая иголка легче входит в сшиваемый материал.

Следовательно, все инструменты колющие и режущие должны быть острыми.

1. Давление в газах и жидкостях

Мы все знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором они находятся.

Например, баллон заполненный гелием, чтобы надувать шарики к празднику и т.д.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа.

Способность газов и жидкостей передавать давление во все стороны объясняется большой хаотической подвижностью молекул, из которых они состоят.

Это утверждение называют законом Паскаля, по имени ученого, открывшего эту закономерность.

Пример закона Паскаля в быту:

• в распылителях, поливочных станциях для поливки растений давление помогает равномерно распределить воду.

Рис.4. Давление и жидкость.

• Выдавливание зубной пасты из тюбика. При надавливании на тюбик с эластичными стенками давление передаётся на содержимое, и паста выдавливается.

• Медицинские шприцы. При нажатии на поршень давление передаётся на жидкость внутри шприца, что позволяет точно дозировать и направлять вводимое вещество.

1. Давление в медицине

В медицине давление – это сила, с которой течет кровь по сосудам в нашем теле. Его ещё называют артериальным давлением. Сердце работает как насос: оно выталкивает кровь в сосуды, и кровь давит на их стенки. Это и есть давление.

У давления есть два числа:

• Верхнее (большее) — когда сердце сильно сокращается и выталкивает кровь.

• Нижнее (меньшее) — когда сердце отдыхает между ударами.

Давление может меняться в течение дня: оно выше, когда ребёнок бегает или волнуется, и ниже, когда спит или отдыхает. Врачи измеряют давление, чтобы понять, как работает сердце и хорошо ли кровь поступает ко всем органам. Если давление слишком высокое или слишком низкое, человек может плохо себя чувствовать: быстро уставать, жаловаться на головную боль или слабость. Поэтому важно следить за своим давлением и рассказывать родителям или врачу, если что-то беспокоит. В медицине давление измеряется специальными приборами – тонометрами.

Рис.5. Давление в медицине

Природа научила животных по-разному использовать давление, чтобы им было удобно жить: плавать, летать, ходить по снегу или болоту.

Разные группы животных используют давление для адаптации и выполнения различных функций, связанных с их средой обитания. Вот несколько примеров:

1. Давление на суше

• во время полета птицы используют разницу давления воздуха над и под крыльями.Когда птица машет крыльями, воздух давит на них снизу и поднимает птицу вверх.

• Слон ходит по болоту и не тонет, потому что у него под кожей на ступнях есть мягкая прослойка. Когда он наступает, она расплющивается, площадь становится больше, и давление на землю уменьшается.

• У рыси широкие лапы, поэтому она не тонет в снегу — её вес распределяется по большой площади, и давление на снег меньше.

1. Давление в океане

Давление в океане везде разное, потому что оно зависит от глубины. Чем глубже ты опускаешься, тем больше воды над тобой, и тем сильнее она давит. Это называется гидростатическим давлением.Рыбы и другие обитатели приспособились к давлению: у них внутри такое же давление, как и снаружи, поэтому им не больно.

Если быстро поднять рыбу с большой глубины на поверхность, она может погибнуть из-за резкого изменения давления.

Почему в разных местах океана давление разное?

В глубоких впадинах давление огромное, а на мелководье — совсем небольшое.Поэтому в океане не может быть одинакового давления везде: всё зависит от того, насколько глубоко ты находишься

• Подводные млекопитающие: такие как дельфины и киты, используют изменения давления при погружении на большую глубину. У них есть физиологические механизмы, которые предотвращают набухание легких и защищают органы от давления.

• Некоторые животные, например морские ежи или ядовитые жабы, при угрозе могут выделять токсичные вещества под давлением.

• У многих рыб есть плавательный пузырь, который позволяет им контролировать свою плавучесть. Изменяя объем газа в пузыре, рыбы могут подниматься или опускаться в воде, регулируя, таким образом, гидростатическое давление вокруг себя.

• Глубоководные рыбы приспособлены к высокому давлению на большой глубине.Их тела имеют специальные структуры, которые предотвращают сжатие под давлением, а некоторые виды могут содержать меньше воздуха в организме, чтобы избежать коллапса.

Вывод:Давление в океане разное, потому что оно зависит от глубины. Чем глубже, тем больше вес воды над тобой и тем выше давление.

1. Практическая часть

В домашних условиях проведенэксперимент с давлением.

Эксперимент «Свеча как насос»смПриложение 1.

Потребуется: свеча, чашка с водой, спичкиили зажигалка, банка, см.Рис.6.

Ход эксперимента:

1. В чашку с водой устанавливаем свечу (см.Рис.7.);

2. Зажигаем свечу и накрываем банкой таким образом, чтобы уровень воды внутри банки =уровню воды вне банки (см. Рис.8.);

3. Спустя некоторое время свеча гаснет, и уровень воды внутри банки повышается.(см.Рис9.)

Почему свеча работает, как насос?

Воздух и тепло:

Когда свеча горит, воздух внутри банки сильно нагревается. Горячий воздух расширяется, а это значит, что он занимает больше места. Немного воздуха выходит из-под банки, потому что ему тесно и мы можем наблюдать немного пузырьков.

Гаснет свеча – это значит, меняется давление:

Как только кислород заканчивается, свеча гаснет. Температура внутри банки мгновенно падает. Остывший воздух резко сжимается, создавая область низкого давления.

Вода поднимается:

Снаружи на воду давит обычное атмосферное давление, а внутри банки давление стало низким. Эта разница сил и «всасывает», точнее, заталкивает, воду в стакан до тех пор, пока давление внутри и снаружи не уравновесится. Таким образом, мы наблюдаем подъем воды внутри банки.

1. Заключение

В самом начале своего исследования я не знал,что такое давление и какую важную роль в жизни живых существ оно играет.

Изучив теоретическую часть,я могу сделать следующийвывод:

Давление — это важная физическая величина, которая встречается в природе повсюду: в воздухе, в воде и даже внутри живых организмов. Оно возникает, когда что-то давит на поверхностьи зависит от силы и площади.

Давление в природе везде разное, и живые существа умеют к нему приспосабливаться. Благодаря этому они могут жить и на суше, и в воде, и даже на больших глубинах океана.

Природа научила животных и растения приспосабливаться к давлению: у рыб есть плавательный пузырь, у птиц — лёгкие кости и сильные крылья, а у зверей, живущих на снегу, — широкие лапы, чтобы не проваливаться.

1. А. В. Перышкин. «Физика.7 класс». Москва. Издательство «Дрофа». 2013г. Стр.100.

2. Https://georec.narod.ru/mag/T2/5_2.htm. «Взаимодействие здания и основания: методика расчета и практическое применение при проектировании»

3. https://объясняем.рф/articles/questions/social-protection/bezopasnost/kak-vesti-sebya-na-ldu-i-chto-delat-esli-upal-v-vodu/. «Как вести себя на льду».

4. https://www.dobrota.ru/posts/tonometry-istoria-izobretenia/ . «Тонометры. История изобретения»

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосферное_давление.

Рис.6.

Ход эксперимента:

Рис.7. Рис.8.

Рис.9.

1^Блез Паска́ль – французскийфизик, математик, литератор, философ. Опытами подтвердил существование атмосферного давления. Открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов.