«Кошкина физика»

Министерство образования и науки Республики Дагестан

Республиканский конкурс исследовательских проектов младших школьников «Первоцвет»

«Кошкина физика»

Секция:« Наука и жизнь»

Выполнил: Караянов Сабир,

ученик 3 «а» класса

МКОУ СОШ №7 г.Кизляр

Руководитель: Амаева

Патимат Абдулабеговна,

учитель физики

МКОУ СОШ №7

г. Кизляр 2019г.

Введение……………………………………………………….3

I.Теоретическая часть…………………………………………4 

1.Из истории……………………………………………………4

2.Механические явления в жизни кошки ……………………5

II. Практическая часть…………………………………………6

1.Измерение скорости………………………………………….7

2.Измерение массы……………………………………………..7

3.Измерение объёма……………………………………………8

4.Измерение плотности………………………………………..9

5.Измерение давления…………………………………………10.

IV. Заключение…………………………………………………11.

V.Список литературы…………………………………………..12

VI.Приложения………………………………………………….13

Актуальность

В мае прошлого года у меня появился домашний питомец –

кот, которому я дал кличку Кузя. Кот занял прочное место в нашем доме и в нашей жизни. Чтобы построить крепкие и дружеские отношения со своей кошкой, мне необходимо было научиться понимать ее желания и потребности. Я стал наблюдать за поведением Кузя. Изучать язык тела, звуков, повадок кошки, особенности её поведения.
Моя мама рассказала мне, что вопросы равновесия тел, падения тел, вопросы, связанные со звуками и светом, цветовым зрением изучает наука физика и познакомила меня с моим руководителем.

Физика – наука о природе. Кот, как домашнее животное, частица этой природы. Таким образом, для кота должны быть справедливы все законы физической науки. Какую роль физика играет в жизни кошки?

Моя работа посвящена изучению физических процессов и явлений в жизни кота. Практически исследованы механические характеристики кота: скорость, масса, объем, вес, давление кота на опору. Работа имеет прикладной характер и позволяет создать «биомеханический паспорт кота Кузи». Поэтому я решил найти ответы, на возникшие у меня вопросы, с помощью такой науки как физика. Точнее биомеханики – науке о двигательной активности и двигательных возможностях человека и животных.

Введение

Движение животных издавна привлекали внимание человека. Он хотел перемещаться по воде, воздуху, земле также легко и изящно. Однако прошло несколько тысячелетий, прежде чем люди создали науку о движении – механику – и сумели создать конструкции, превосходящие в скорости и дальности передвижения любым представителям животного мира. Биомеханика – наука о двигательной активности и двигательных возможностях человека и животных. Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: bios — жизнь и mexane — орудие. Как известно, механика — это раздел физики, изучающий механическое движение и механическое взаимодействие материальных тел.

Истоками биомеханики были работы Аристотеля и Архимеда. Первые научные труды написаны Аристотелем (384—322 гг. до н. э.). А основы наших знаний о движениях в воде заложены Архимедом (287—212 гг. до н. э.). Но только благодаря работам одного из блистательных людей средневековья Леонардо до Винчи (1452- 1519) - биомеханика сделала свой следующий шаг. В дальнейшем большое влияние на развитие биомеханики оказал итальянец Д. Борелли (1608—1679) — врач, математик, физик. Он рассматривал организм человека как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с позиций механики. Большой теоретический вклад был сделан основоположником российской биомеханической школы Н. А. Бернштейном (1896 – 1966) – создателем учения о двигательной деятельности человека и животных. В последнее время развиваются: инженерная и медицинская биомеханика.

Развитие инженерной биомеханики позволило на базе Пермского государственного университета создать устройство оригинальным названием «Падающий кот». Это модель кота, падающего с высоты. Модель имитирует движения кота в полете. Ученые пытаются ответить на вопрос: почему кошки всегда приземляются на 4 лапы. Разработчики модели уверены, что сфера применения разработки очень широка – вплоть до оборонных технологий.

Физика – наука о природе. Кот, как домашнее животное, частица этой природы. Таким образом, для кота должны быть справедливы все законы физической науки. Какую роль физика играет в жизни кошки?

Моя работа посвящена изучению физических процессов и явлений в жизни кота. Практически исследованы механические характеристики кота: скорость, масса, объем, плотность тела кота, вес, давление кота на опору. Работа имеет прикладной характер и позволяет создать«биомеханический паспорт кота Кузи».

Цель: физические исследования возможностей кота и создание «биомеханического паспорта кота Кузи».

Задачи:

1. Посетить различные интернет-сайты, посвященные изучению кошек.

2. Исследовать механические характеристики кота (масса, скорость, объем, давление кота на опору)

3. Обобщить и систематизировать результаты исследования в виде буклета «Биомеханического паспорт кота Кузи».

Гипотеза исследования:

Физика как наука применима для изучения домашних животных.

Новизна исследования:

Измерения некоторых физических характеристик позволили создать методическое пособие для создания паспорта кота.

I. Теоретическая часть.
1. Из истории.
В настоящее время в мире насчитывается не менее 500 млн. кошек. По данным ученых, например, в США- их около 55 млн. (по 1 кошке на 5 человек). А вот в высокогорных Перу и в Центральной Африканской республике домашних кошек нет. Здешний климат плохо подходит для них, да и местное население традиционно равнодушно к этим животным
Основными прародителями более чем сотни ныне существующих пород домашних кошек считается дикая нубийская кошка. Правда, в Европе, вероятно, в жилах домашних кошек течёт и некоторая доля крови лесной кошки, очень похожей на домашнюю.
Первые представители кошачьего семейства появились около 50 млн. лет назад. Это были хищные животные похожие на горностая. Из них путём эволюции и дальнейшего одомашнивания и возникла современная кошка. Биологи отмечают что «духовный мир» кошки утончён, но вместе с ним и дик. Зверёк не раскрывает его перед людьми, навязывающими ему свою любовь. Кошка ,различает интонации человеческого голоса, делит ощущения на приятные и неприятные, умеет выражать удовольствие и неудовольствие, радость, печаль, страх, надежду, отвращение и гнев. Кошка на Руси появилась в седьмом веке до нашей эры. Ее завезли торговцы и воины.

На территории России обитает 12 видов диких кошек. В мире насчитывается более 4 миллионов домашних кошек.

 2.Механически явления в жизни кошки.
Можно наблюдать за походкой кошки, за тем как она бегает и прыгает с точки зрения физики, за положением тела кошки при падении, какие простые механизмы имеются в анатомии кошки, за тем как кошка мурлыкает и как кошка добивается обтекаемости своего тела. Помимо этого можно измерять некоторые механические параметры: производимое кошкой давление на пол, масса животного, высота его прыжков.
Движения кошки удивительно быстры, легки и грациозны. Что позволяет ей достичь этого? Кошка движется, отталкиваясь от опоры. При этом внешние силы - силы тяжести, сила трения, сопротивление среды, вступают во «взаимодействие» с внутренними силами организма (напряжением мышц). Движение происходит благодаря совместной деятельности всех мышц и силе трения покоя. При беге животного возникает особый ритм: каждый очередной мах конечностей состоит из чередующихся ускорений и замедлений. Установлено, что только 1\5 часть из 40 мышц лапы кошки работает на передвижение, другие же остаются в покое как бы про запас, на случай чрезвычайных перегрузок. 
Кошка падая, всегда приземляется на все четыре лапы – за счет хвоста. Хвост во время падения совершает вращение, заставляющее всё тело животного поворачиваться в обратном направлении; так продолжается до тех пор, пока органы равновесия кошки не отметят, что её голова заняла правильное положение относительно поля тяготения. Затем происходит выравнивание тела животного относительно его продольной оси. Концом вращения кошки является сведение лап вместе, при этом она выгибает спину, хвост играет роль амортизатора.
II. Практическая часть.

1.Измерение скорости.

Цель эксперимента: Измерить скорость кота.

Приборы и материалы: секундомер, рулетка, игрушки (мячик, мышка)

Ход эксперимента:

При помощи рулетки измерим расстояние, пройденное котом. При помощи секундомера измеряем время движения. Рассчитываем скорость по формуле V=S/t. Рассчитываем среднюю скорость по формуле: V=S_об./t_об.

Расчет скорости: V₁ =S₁ /t₁ =1:1=1м/c; V₂ =S₂ /t₂ =2:3=0,7м/c;

V₃ =S₃ /t₃ =3:5=0,6м/c.

Расчет средней скорости:

V_ср =S_об./t_об. = (1+2+3) / (1+3+5) = 6/9 = 2/3 = 0, 66 м/c

Вывод эксперимента. В результате исследования средняя скорость кота равна 0,66 м/с, максимальная – 1 м/с. По данным исследований во время бега домашняя кошка может делать рывки со скоростью до 14м/с. Скорость кота Кузи составляет всего 7,2 % от максимально возможной скорости, которую моет развивать кошка.

2. Измерение массы.

Цель эксперимента: Измерить массу кота Кузи.

Приборы и материалы: напольные электронные весы.

Ход эксперимента: Включаем напольные электронные весы. Устанавливаем кота и снимаем показания.

Вывод: Кошка в среднем весит 3- 5 кг. Масса Кузи соответствует среднестатистическим данным. Согласно книге рекордов Гиннеса, масса самого большого кота 21 кг. Масса Кузи составляет 13 % данной массы.

3. Измерение объема.

Цель эксперимента: Измерить объем кота.

Приборы и материалы: круглый таз с водой, измерительная лента, карандаш, линейка.

Ход эксперимента:1.Измерения объема кота будут состоять из 2 этапов. Измерение объема тела – как тела неправильной формы. Измерение объема головы из учета того, что форма головы приближена к окружности.

2.Нальем в таз воды. Отметим на боковые стенки таза уровень воды черточкой h₁=11 см.

3.Опустим кота в воду до уровня головы. Вода в тазу поднялась. Отметим черточкой новый уровень воды h₂=13 см.

4.Вычислим высоту подъема воды h=h₂-h₁=13-11=2 см.

Найдем объем вытесненной воды, а значит и объем тела кота V₁, без учета головы: V₁=Sh (основание на высоту). Так как основание таза прямоугольник S=a_*b=(60_*40) см=2400 см²; V₁=2400_*2=4800см³

5.Измерим обхват головы с помощью измерительной ленты L=25 см.

6.Рассчитаем объем головы кота по формуле V ₂= 4/3 π R³. Радиус окружности головы кота найдем из формулы длины окружности L=2πR, отсюда следует, что R=L/2π=0,25/2*3,14=0,039м. В итоге

V₂= 1,3*3,14*(0,039)³=242см³.

Объем кота Кузи находим сложением объема тела и объема головы

V = V ₁+V₂ =4800+242=5042см³.

Вывод эксперимента. Объем кота Кузи составляет 5042см³

4. Измерение давления Кузи на пол.

Цель эксперимента: Измерить давление кота на опору в положении стоя, сидя, лежа; выяснить, зависит ли оно от площади опоры, и если зависит, то как.

Приборы и материалы: тетрадный листок в клетку, карандаш.

Ход эксперимента.

Давление рассчитывается по формуле: Р =F/S=mg/S.

Рассчитаем силу тяжести. Для этого умножим массу кота на ускорение свободного падения. F _тяж = gm=4,5*10=45 H, где F _тяж – сила тяжести; g – ускорение свободного падения, равное 10 Н/кг; m – масса кота. Значение массы кота возьмем из 2 исследования. Площадь опоры кота (S) определяем следующим образом. Поставим кота на лист клетчатой бумаги и обведем контур той части, на которую опирается кот. Сосчитаем количество квадратиков и умножим на площадь одного квадратика (1/4 см²).

Данные занесем в таблицу.

S1 = 47*0, 25 см²= 11,75см² ; S2 = 1876*0,25см²= 469см²

S3 = 8688*0,25см²=2172см²

5.Рассчитаем давление, оказываемое котом на пол:

P₁ = 45 Н / 0, 0012 м²= 37500 Па; P₂ = 45 Н / 0, 0469 м² = 959 Па

P₃ = 45 Н / 0, 2172 м² = 207 Па. Данные внесем в таблицу.

Вывод эксперимента.

Жираф, верблюд и кошка – это единственные животные – иноходцы, при ходьбе у них идут сначала левые ноги, а потом правые. Такая ходьба гарантирует скорость и тишину. При ходьбе кошки опираются на лапы. Давление, оказываемое котом на пол максимально в положении стоя. Минимальное давление кот оказывает в положение лежа. Как показывают чем меньше площадь, тем больше давление на опору.

III.Заключение

Кошка доставляет человеку большое эстетическое удовольствие. Помимо этого, ее можно рассматривать как интереснейший объект физических исследований.

Моя работа имеет практическую направленность. Измерения, полученные в ходе работы, позволили создать паспорт кота Кузи (Приложение №1). В ходе исследований мной создана инструкция по составлению паспорта домашнего животного. Ее можно использовать для создания паспорта кошек, собак, хомяков, кроликов, домашних крыс и т.д..

Выбранная мной тема оказалась очень увлекательной. Хотелось бы продолжить исследования кота. Особый интерес представляет способность кошек видеть в темноте, слышать звуковые волны в ультразвуковом диапазоне, электризация кота, оказывающая лечебное и успокаивающее действие, приземление кошек на четыре лапы при падении. В дальнейшем хотелось бы найти ответы на волнующие вопросы.

IV.Список источников и литературы.

1. Яворский Б.М. Физика. Механика. М.: Дрофа, 2002, 320 с.

2. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение, 1998, 128

3. Кабардин О.Ф., Орлов В.А. Экспериментальные задания по физике. 9-11 классы: учебное пособие для учащихся образовательных учреждений. М.: Вербум – М, 2001, 208 с.

4. http://russtil1.narod.ru/utkin1.html.

5. http://i-fact.narod.ru/cats.html.

6. http://q99.it/8AmgU0p.

Приложения

Фото№1

Фото№2

Фото№3

Фото№4

Фото№5

Фото№6

Фото№7

Фото №8

Фото№9

Фото№10

Фото№11

Фото№12