Исследовательская работа Физика вокруг нас

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №92»

Исследовательская работа

Физика вокруг нас

Работу выполнила:

Королева В. С.,

МБОУ «СОШ №92»,8а класс

Научный руководитель:

Прокопенко О.И.,

учитель

физики и математики.

Новокузнецк, 2016

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

1. Применение физики в быту…………………………………………………….4

1. Применение физики в медицине…………………………................................6

1. Применение физики биологии…………………………………………………8

1. Применение физики в музыке…………………………....................................10

1. Вывод……………………………………………………………………............13

1. Список литературы…………………………………………………………….16

Введение

Цель: изучение применения физики в различных областях.
Задачи: исследовать применение законов физики:
1. в быту

2. в медицине

3. в биологии

4. в музыке

Физика окружает нас везде, особенно дома. Мы привыкли её не замечать.

Знание физических явлений и законов помогает нам в домашних делах, защищает от ошибок.

Посмотрите на то, что происходит у вас дома глазами физика, и Вы увидите много интересного и полезного!

В данной работе рассмотрено применение физики в

• быту

• медицине

• биологии

• музыке

В разделе применение физики в быту рассмотрено применение законов физики на кухне, в ванной, в повседневной жизни.

Знание следующих законов физики помогает нам объяснить различные явления:

• конденсация (образование капелек жидкости в ванной);

• диффузия(заваривание чая, засолка огурцов, распространение запаха);

• теплопередача (конвекция при нагревании комнаты батареями, теплопроводность при утеплении домов);

• давление (натачивание ножей для увеличения давления);

• свойства рычага ( ножницы, весы);

• сообщающиеся сосуды (чайник, фонтан);

• сила трения (способы увеличения силы трения при гололеде и уменьшении при катании на коньках);

• электризация (при расчесывании).

В быту мы применяем различные приборы, их действия также основано на законах физики. Не все приборы безопасны при использовании, например, нельзя долго говорить по мобильному телефону, так как на мозг буду воздействовать электромагнитные волны.

В разделе физика в медицине рассмотрено применение звука, ультразвука, электромагнитных волн для здоровья человека.

В разделе физика в биологии рассмотрено влияние на развитие биологии изобретения микроскопа.

В разделе применение физики в музыке рассмотрено применение законов физики для усиления звука.

Данная работа направлена привлечение внимания к науке «Физика», изучению законов физики, так как знание законов физики необходимо в нашей жизни.

Применение физики в быту

В разделе применение физики в быту рассмотрено применение законов физики на кухне, в ванной, в повседневной жизни.

Знание следующих законов физики помогает нам объяснить различные явления.

1. Тепловые явления на кухне.

Чтобы остудить горячий чай мы используем, что скорость испарения жидкости зависит:

1. от площади поверхности (наливаем чай в блюдечко)

2. от ветра (дуем)

3. от рода жидкости

4. от температуры жидкости.

Пример использования различия в теплопроводности:

«Чтобы стеклянный стакан не лопнул, когда в него наливают кипяток, в него

кладут металлическую ложку» Металлическая ложечка служит для выравнивания перепада температур и способствует тому, чтобы стакан равномерно нагрелся и не лопнул.

1. Конденсация (образование капелек жидкости в ванной). Кран с холодной водой всегда можно отличить по капелькам воды, которые образовались на нём

при конденсации водяного пара.

1. Диффузия (заваривание чая, засолка огурцов, распространение запаха);

2. Теплопередача (конвекция при нагревании комнаты батареями, теплопроводность при утеплении домов). Ручки у кастрюль делают из материалов, плохо проводящих тепло, чтобы не обжечься. В стеклопакетах между стёклами находится воздух

(иногда его даже откачивают). Его плохая теплопроводность препятствует теплообмену

между холодным воздухом на улице и тёплым воздухом в комнате. Кроме того, стеклопакеты снижают уровень шума.

Батареи в квартирах располагают внизу, так как горячий воздух от них в результате конвекции поднимается вверх и обогревает комнату.

1. давление (натачивание ножей для увеличения давления);

2. свойства рычага ( ножницы, весы);

3. сообщающиеся сосуды (чайник, фонтан);

4. сила трения (способы увеличения силы трения при гололеде и уменьшении при катании на коньках);

5. электризация (при расчесывании).

6. приборы, которые мы часто используем в повседневной жизни также работают на основе законов физики. (Часы, барометр, тонометр, утюг, пылесос, мобильный телефон.

Применение физики в медицине

Физика в медицине играет огромную роль ее принято называть также биофизикой, а еще лучше биомедицинской физикой, все основные законы физики легко применимы к живому.

Ультразвук представляет собой высокочастотные механические колебания частиц твердой, жидкой или газообразной среды, неслышимые человеческим ухом. Частота колебаний ультразвука выше 20 000 в секунду, т. е. выше порога слышимости.

Для лечебных целей применяется ультразвук с частотой от 800 000 до 3 000 000 колебаний в секунду. Для генерирования ультразвука используются устройства, называемые ультразвуковыми излучателями.

Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели. Применение ультразвука в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. По физической природе ультразвук, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны ультразвука существенно меньше длины звуковой волны. Чем больше различные акустические сопротивления, тем сильнее отражение и преломление ультразвука на границе разнородных сред. Отражение ультразвуковых волн зависит от угла падения на зону воздействия – чем больше угол падения, тем больше коэффициент отражения.

В организме ультразвук частотой 800—1000 кГц распространяется на глубину 8—10 см, а при частоте 2500–3000 Гц – на 1,0–3,0 см. Ультразвук поглощается тканями неравномерно: чем выше акустическая плотность, тем меньше поглощение.

На организм человека при проведении ультразвуковой терапии действуют три фактора:

1) механический – вибрационный микромассаж клеток и тканей;

2) тепловой – повышение температуры тканей и проницаемости клеточных оболочек;

3) физико-химический – стимуляция тканевого обмена и процессов регенерации.

Биологическое действие ультразвука зависит от его дозы, которая может быть для тканей стимулирующей, угнетающей или даже разрушающей. Наиболее адекватными для лечебно-профилактических воздействий являются небольшие дозировки ультразвука (до 1,2 Вт/см2), особенно в импульсном режиме. Они способны оказывать болеутоляющее, антисептическое (противомикробное), сосудорасширяющее, рассасывающее, противовоспалительное, десенсибилизирующее (противоаллергическое) действие.

Ультразвук не применяется на область мозга, шейных позвонков, костные выступы, области растущих костей, ткани с выраженным нарушением кровообращения, на живот при беременности, мошонку. С осторожностью ультразвук применяют на область сердца, эндокринные органы.

Применение ультразвука для диагностики.

Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам

геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и

с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической

плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая

прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической

плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний

отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу

происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании

больного необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое

выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча

(наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых

колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также

полости малого таза используется частота 2,5 - 3,5 МГц, для исследования

щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.

Генератором ультразвуковых волн является пьезодатчик, который одновременно

играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном

режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между

генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

Применение ультразвука в хирургии.

Существуют две основные области применения ультразвука в хирургии. В первой из них используется способность сильно фокусированного пучка ультразвука вызывать локальные разрушения в тканях, а во второй механические колебания ультразвуковой частоты накладываются на хирургические инструменты типа лезвий, пил, механических наконечников.

Хирургия с помощью фокусированного ультразвука.

Хирургическая техника должна обеспечивать управляемость разрушения тканей, воздействовать только на четко ограниченную область, быть быстродействующей, вызывать минимальные потери крови. Мощный фокусированный ультразвук обладает большинством из этих качеств.

Возможность использования фокусированного ультразвука для создания зон

поражения в глубине органа без разрушения вышележащих тканей изучено в

основном в операциях на мозге. Позже операции проводились на печени, спинном мозге, почках и глазе.

Применение физики в биологии

Революцию в биологии обычно связывают с воз­никновением молекулярной биологии и генетики, изучающих жизненные процессы на молекулярном уровне. Основные средства и методы, ис­пользуемые молекулярной биоло­гией для обнаружения, выделения и изучения своих объектов(электрон­ные и протонные микроскопы, рентгеноструктурный анализ, электро­нография, нейтронный анализ, мече­ные атомы, ультрацентрифуги и т. п.), заимствованы у физики. Не располагая этими средствами, родившимися в физических лабо­раториях, биологи не сумели бы осуществить прорыв на качественно новый уровень исследования про­цессов, протекающих в живых ор­ганизмах.

Широкое внедрение физических методов исследования в биологию позволило изучать биологические явления на молекулярном уровне. Блестящими работами биохимиков, физиологов, биофизиков и кристаллографов установлены молекулярные структуры ряда важнейших биологических объектов. Например, выяснена структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — основного носителя наследственной информации, структура молекул миоглобина, запасающих кислород в мышцах животных, структура молекул гемоглобина, входящих в состав красных кровяных телец и переносящих кислород из легких к тканям, строение поперечнополосатых мышц и белковых молекул, входящих в их состав, структура некоторых ферментов, витаминов и ряда других важных биологических молекул.

Новые экспериментальные данные, полученные при исследовании биологических процессов на молекулярном уровне, поставили на повестку дня вопрос об их интерпретации. Поскольку все живые организмы построены из молекул и атомов, выяснение на молекулярном уровне механизма биопроцессов возможно только с помощью квантовой теории, успешно описывающей движение электронов и ядер, из которых состоят молекулы и атомы.

Тесная связь биологии и физики проявилась уже на ранних этапах развития естествознания. Однако наряду с материалистическим пониманием связи между физикой и биологией долгое время существовала глубоко ошибочная, антинаучная точка зрения, получившая название «витализм». Виталисты утверждали, что живое якобы отделено от неживого непроходимой пропастью и подчинено не природным закономерностям, а «жизненной силе» и поэтому непостижимо для человека.

Применение физики в музыке

Человек живет в мире звуков. Звук-это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Если, например, звук исходит от репродуктора, то в нем колеблется мембрана - легкий диск, закрепленный по его окружности. Если звук издает музыкальный инструмент, то источник звука - это колеблющаяся струна, колеблющийся столб воздуха и др.

Но как звук доходит до нас? Очевидно, через воздух, который разделяет ухо и источник звука. Но распространяющиеся колебания - это волна. Следовательно, звук распространяется в виде волн. Если звуковая волна распространяется в воздухе, значит - это волна продольная, потому что в газе только такие волны и возможны.

В продольных волнах колебания частиц приводят к тому, в газе возникают сменяющие друг друга области сгущения и разрежения. То, что воздух "проводник" звука, было доказано опытом, поставленным в 1660 г. Р. Бойлем. Если откачать воздух из-под колокола воздушного насоса, то мы не услышим звучания находящегося там электрического звонка.

Звук может также распространяться и в жидкой, и в твердой среде.

Ощущение звука создается только при определенных частотах колебаний в волне. Опыт показывает, что для органа слуха человека звуковыми являются только такие волны, в которых колебания происходят с частотами от 20 до 20000 Гц. Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но применяется не часто - очень басовит. Разобрать и понять его трудно. Зато 27 колебаний в секунду-тон вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Услышать его можно, нажав крайнюю левую клавишу рояля. Абсолютный "нижний" рекорд мужского баса, поставленный в XVIII веке певцом Каспаром Феспером - 44 колебания в секунду. 80 колебаний в секунду - обычная нижняя нота хорошего баса и многих инструментов. Удвоив число колебаний (повысив звук на октаву) , приходим к тону, доступному виолончелям, альтам. Здесь отлично чувствуют себя и басы, и баритоны, и тенора, и женские контральто. А еще октава вверх - и мы попадаем в тот участок диапазона, где работают почти все голоса и музыкальные инструменты. Недаром именно в этом районе акустика закрепила всеобщий эталон высоты тона: 440 колебаний в секунду ("ля" первой октавы) . Вплоть до 1000-1200 колебаний в секунду звуковой диапазон полон музыкой. Эти звуки самые слышные. Выше следуют менее населенные "этажи". Легко взбираются на них лишь скрипки, флейты, орган, рояль, арфа. И полновластными хозяйками выступают звонкие сопрано. Вершины женского голоса забрались еще дальше. В XVIII веке Моцарт восхищался певицей Лукрецией Аджуяри, которая брала "до" четвертой октавы - 2018 колебаний в секунду. Француженка Мадо Робен (умершая в 1960 году) пела полным голосом "ре" четвертой октавы - 2300 колебаний в секунду.

Еще несколько редких, нехоженых ступенек (доступных разве мастерам художественного свиста) - и музыкальный диапазон кончается. Звуки выше 2500-3000 колебаний в секунду в качестве самостоятельных музыкальных тонов не используются. Они слишком резки, пронзительны.

Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон. Это камертоны различных размеров - простые устройства, представляющие собой изогнутые металлические стержни на ножках. Чем больше размеры камертонов, тем ниже звук, который он испускает при ударе по нему.

Звуки даже одного тона могут быть разной громкости. Эта характеристика звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия колебаний определяется амплитудой колебаний. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний. Но связь между громкостью и амплитудой не простая.

Самый слабый еще слышимый звук, дошедший до барабанной перепонки, приносит в 1с. энергию, равную примерно 10 -16 Дж, а самый громкий звук (реактивного ракетного двигателя в нескольких метрах от него) -около 10 -4 Дж. Следовательно, по мощности самый громкий звук примерно в тысячу миллиардов раз превосходит самый слабый. Но этого нельзя сказать о громкости звука. О звуках вообще нельзя сказать, что один из них в два, в три, а тем более в миллионы или в миллиарды раз громче другого. О звуках различной громкости говорят, что один громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единица громкости называется децибелом (дБ) . Например, громкость звука шороха листьев оценивается 10 дБ, шепота-20 дБ, уличного шума-70 дБ. Шум громкостью 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли. О громкости уличного шума, например, можно сказать, что она на 60 дБ больше громкости шороха листьев.

Звуковые колебания, переносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызывать в этих системах явление резонанса, т.е. заставить их звучать. Такой резонанс называют акустическим резонансом. Например, устройство для получения чистого тона, т.е. звука одной частоты, камертон сам по себе дает очень слабый звук, потому что площадь поверхности колеблющихся ветвей камертона, соприкасающейся с воздухом, мала и в колебательное движение приходит слишком мало частиц воздуха. Поэтому камертон обычно укрепляют на деревянном ящике, подобранном так, чтобы частота его собственных колебаний была равна частоте звука, создаваемого камертоном. Благодаря резонансу стенки ящика тоже начинают колебаться с частотой камертона. Это колебания большой амплитуды (резонанс!) , да и площадь поверхности ящика велика, поэтому звук камертона оказывается значительно более громким. Ящик так и называют - резонатор. В музыкальных инструментах без резонаторов тоже нельзя обойтись. Ими служат деки. Без них, от одних струн, звуки были бы почти не слышны. Полость рта человека - тоже резонатор для голосовых связок.

ИТОГ
1. Музыкальные звуки являются результатом быстрых регулярных колебаний тел.
2. Высота тона звука измеряется частотой звуковых волн.
3. Звуковые волны можно сделать видимыми при помощи катодного осциллографа.

Вывод

Где используется физика?

Физика — это наука о природе (естествознание) в самом общем смысле (часть природоведения). Предметом её изучения является материя (в виде вещества и полей) и наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.

Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий. Как мы с вами и узнали, физика используется в разных направлениях, будь то медицина, или биология, или быт, или же музыка.

Анализ результатов опроса

Был проведен опрос 7-9 классов по следующим вопросам:

1. Какие физические явления Вы замечаете в быту?

2. Приходилось ли Вам использовать в быту знания по физике?

3.Попадали ли Вы в неприятные бытовые ситуации:
Ожог паром или о горячие части посуды

Удар током

Короткое замыкание

Включили прибор в розетку, и он сгорел

4.Могло ли Вам помочь знание физики избежать неприятных ситуаций?

5.Интересуетесь ли Вы при покупке бытовых приборов их:

Техническими характеристиками
техникой безопасности
правилами эксплуатации
возможным негативным действием на здоровье

6.Как Вы думаете связаны ли физика с музыкой?

7.Связаны ли физика медициной?

8.Связаны ли физика с биологией?

Анализ теста

• При изучении физики в школе надо больше внимания уделять вопросам практического применения физических знаний в быту.

• В школе следует знакомить учащихся с физическими явлениями, лежащими в основе работы бытовых приборов. Особое внимание надо уделять вопросам возможного негативного воздействия бытовых приборов на организм человека.

• На уроках физики учащихся надо учить пользоваться инструкциями к электроприборам.

• Перед тем, как позволить ребёнку пользоваться бытовым электроприбором, взрослые должны убедиться в том, что ребёнок твёрдо усвоил правила безопасности при обращении с ним.

Список литературы

1. Горев Л.А.Занимательные опыты по физике - 6-7 класс. 1985.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики. - М.: Высшая школа, 1989

3. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2001.

4. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 2005.

5. Китель И., Найт У., Рудерман М. Берклеевский курс физики. Механика. - М.: Наука, 2003.

6. Ковтунович М.Г.. Домашний эксперимент по физике, 7-11 класс, 2007.

1. Парселл Э. Берклеевский курс физики. Электричество и магнетизм. - М.: Наука, 1983.

16