Мощность сердца

Определение мощности работы сердца

Работу Выполнила ученица 7 а класса александрова Мария Алексеевна МБОУ «СОШ №20 им. Васьлея митты с уиоп» Научные руководители: Иванова Галина Дмитриевна, учитель физики манина оксана олеговна, учитель информатики

Актуальность

Жизнедеятельность человека в основном определяется функциональным состоянием сердца и сосудов. Недаром говорят, что «дерево могуче корнями, а человек — сердцем». Здоровое сердце и нормальные сосуды — основа крепкого организма и активного долголетия.

Гипотеза

• мощность работы сердца зависит от физической нагрузки.

Цель работы

• определить мощность работы сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки.

Задачи :

• Изучить литературу по данной проблеме.
• 2.Сформировать группу семиклассников для участия в эксперименте.
• 3.Определить массу крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение для каждого участника.
• 4.Определить время одного сокращения сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки для каждого участника.
• 5.Определить мощность работы сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки для каждого участника эксперимента.

Джеймс Уатт

Практическая часть

Опыт №1.Определение массы крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение.

• Оборудование: напольные весы, секундомер.
• Определяем массу тела для каждого участника с помощью напольных весов.
• Кровь составляет примерно 7% от массы тела(m т) человека, поэтому рассчитываем массу крови в теле по формуле: m=0,07m т.
• Измеряем число сокращений сердца (пульс) в минуту,N.
• В спокойном состоянии вся кровь человеческого организма проходит через сердце за 1 минуту. Вычисляем массу крови, выталкиваемой сердцем в сосуды за одно сокращениеm 0 =

СПИСОК УЧАЩИХСЯ 7А КЛАССА

№

Ф.И.О.

1

Александрова Мария Алексеевна

Масса тела, кг (m т )

2

3

54

Масса крови в организме, кг(m) m=0,07*m(t)

Алексеев Сергей Эдуардович

3,78

Быков Михаил Сергеевич

4

65

Пульс в спокойном состоянии,N

Викторов Даниил Романович

54

4,55

81

5

Масса крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, m 0, кг m0=m/N

3,78

Димитриев Алексей Николаевич

6

77

0,047

80

5,39

78

Егорова Полина Андреевна

0,057

66

7

0,048

80

4,62

8

Иванов Роман Эдуардович

49

Ильина Мария Владимировна

3,43

9

55

73

0,067

83

3,85

10

52

Катков Даниил Игоревич

0,063

Матвеев Глеб Михайлович

3,64

44

11

75

0,041

Михайлов Евгений Михайлович

3,08

80

58

0,051

12

4,06

0,046

13

59

Николаев Андрей Олегович

105

Орлова Полина Алексеевна

81

4,13

0,029

14

60

Петрова Дарья Олеговна

46

0,050

65

4,20

15

3,22

Печкин Иван Алексеевич

72

16

0,064

62

Плещеев Елисей Дмитриевич

78

4,34

58

0,058

17

4,06

87

18

0,041

33

Пушкина Ульяна Сергеевна

Румянцева София Григорьевна

73

2,31

0,050

48

19

56

Строганова Лиана Сергеевна

61

0,056

3,36

20

3,92

21

Трофимов Михаил Александрович

63

53

0,038

Яковлева Ксения Леонидовна

3,71

82

45

0,053

82

0,048

3,15

49

3,43

0,045

78

79

0,040

0,043

Вывод: масса крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, у каждого индивидуальна: от 2,31 кг до 5,39 кг.

Опыт №2

• Определение времени одного сокращения сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки
• Вычисляем время , за которое совершается одно сокращение сердца в спокойном состоянии t 1 . За 1 минуту (60 с) -N сокращений (пульс), поэтому время одного сокращения сердца t 1 =
• Каждый делает 15быстрых приседаний и измеряем пульс N 2.
• Вычисляем время, за которое совершается одно сокращение сердца после физической нагрузки t 2 =

СПИСОК УЧАЩИХСЯ 7А КЛАССА

№

Ф.И.О.

1

Александрова Мария Алексеевна

2

Пульс в спокойном состоянии,N

3

Алексеев Сергей Эдуардович

Пульс после нагрузки,N2

81

Быков Михаил Сергеевич

4

80

99

Время одного сокращения сердца в спокойном состоянии, t1

Викторов Даниил Романович

96

0,74

78

5

Время одного сокращения после нагрузки, t2

6

Димитриев Алексей Николаевич

80

0,61

99

0,75

Егорова Полина Андреевна

115

0,63

7

0,77

73

0,61

8

0,75

Иванов Роман Эдуардович

83

91

0,52

9

Ильина Мария Владимировна

102

0,82

75

Катков Даниил Игоревич

0,66

0,72

97

10

80

Матвеев Глеб Михайлович

105

11

0,59

96

0,80

134

0,75

0,62

12

Михайлов Евгений Михайлович

81

0,63

Николаев Андрей Олегович

13

0,57

65

110

14

Орлова Полина Алексеевна

0,45

96

72

0,74

Петрова Дарья Олеговна

15

78

0,55

0,92

97

Печкин Иван Алексеевич

0,63

114

16

0,83

87

Плещеев Елисей Дмитриевич

0,62

17

101

0,77

73

0,69

0,53

18

Пушкина Ульяна Сергеевна

110

61

0,59

19

Румянцева София Григорьевна

63

0,82

95

Строганова Лиана Сергеевна

0,55

20

0,98

82

91

Трофимов Михаил Александрович

82

21

0,63

0,95

91

0,73

96

0,66

Яковлева Ксения Леонидовна

78

0,66

0,73

90

79

0,63

0,77

103

0,67

0,76

0,58

Вывод: После физической нагрузки частота сердечных сокращений увеличилась у всех участников, а время, за которое совершается одно сердечное сокращение, соответственно, сократилось. В спокойном состоянии время одного сердечного сокращения 0,57 -0,98 с, а после физической нагрузки 0,45 - 0,67 с.

Основная функция сердца – насосная. Оно ритмично нагнетает в артерии кровь, поступающую из вен, обеспечивая тем самым непрерывный ток крови по малому и большому кругу кровеносной системы, осуществляя бесперебойное снабжение клеток организма кислородом и питательными веществами.

Опыт №3.

• Определение мощности работы сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки .
• Скорость крови в аорте равна 0,5 м/с. Порция крови, выталкиваемая сердцем за одно сокращение, приобретает кинетическую энергию Е к =m 0 v 2 /2. Эта кинетическая энергия будет равна работе А, совершаемой сердцем . А= m 0 v 2 /2.
• Мощность работы сердца в спокойном состоянии можно рассчитать, разделив работу по выбросу одной порции крови на время t 1 , за которое совершается одно сокращение в спокойном состоянии.. Р 1 =m 0 v 2 /2t 1.
• Объем ( а значит и масса) крови, выталкиваемой сердцем в сосуды за одно сокращение, в покое и при физической нагрузке практически не меняется. Поэтому можем рассчитать мощность работы сердца после физической нагрузки по формуле Р 2 =m 0 v 2 /2t 2 .

СПИСОК УЧАЩИХСЯ 7А КЛАССА

№

Ф.И.О.

1

Александрова Мария Алексеевна

2

Мощность работы сердца в спокойном состоянии P1,Вт

Алексеев Сергей Эдуардович

0,007875

Мощность работы сердца после физической нагрузки P2,Вт

3

0,009625

Быков Михаил Сергеевич

4

0,009479

5

0,011375

Викторов Даниил Романович

0,007875

6

Димитриев Алексей Николаевич

0,011229

0,009995

Егорова Полина Андреевна

7

0,016142

0,009625

8

Иванов Роман Эдуардович

0,007146

0,011998

9

Ильина Мария Владимировна

0,008021

0,008782

Катков Даниил Игоревич

10

0,007583

0,010374

0,009100

0,006417

11

Матвеев Глеб Михайлович

12

Михайлов Евгений Михайлович

0,008189

0,008458

Николаев Андрей Олегович

13

0,011487

0,008604

Орлова Полина Алексеевна

14

0,012708

0,008750

15

Петрова Дарья Олеговна

0,011788

0,006708

Печкин Иван Алексеевич

16

0,009042

0,009804

0,010497

0,008458

Плещеев Елисей Дмитриевич

17

0,012745

18

Пушкина Ульяна Сергеевна

0,004813

19

Румянцева София Григорьевна

0,007495

0,007000

Строганова Лиана Сергеевна

0,010111

20

0,008167

21

0,009063

0,007729

Трофимов Михаил Александрович

0,009049

Яковлева Ксения Леонидовна

0,006563

0,007572

0,007146

0,009317

Вывод: Расчеты показали, что в спокойном состоянии мощность работы сердца 4,813 мВт- 11,229 мВт, после 15 приседаний 7,495 мВт - 16,142 мВт. При физической нагрузке мощность работы сердца увеличивается, то есть выдвинутая гипотеза оказалась верной. Сила сокращения сердечной мышцы значительно возрастает при регулярных нагрузках, которые можно постепенно увеличивать только под контролем врача. Тренированное сердце работает экономно и отдыхает больше, чем нетренированное.

Вычисления

СПИСОК УЧАЩИХСЯ 7А КЛАССА

№

1

Ф.И.О.

Масса тела, кг (m т )

Александрова Мария Алексеевна

2

Алексеев Сергей Эдуардович

Масса крови в организме, кг(m) m=0,07*m(t)

54

3

3,78

65

4

Быков Михаил Сергеевич

Пульс в спокойном состоянии,N

4,55

54

5

Викторов Даниил Романович

Пульс после нагрузки,N2

81

99

80

77

3,78

Масса крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, m 0, кг m0=m/N

Димитриев Алексей Николаевич

6

7

Время одного сокращения сердца в спокойном состоянии, t1

5,39

78

Егорова Полина Андреевна

66

96

0,047

Время одного сокращения после нагрузки, t2

4,62

Иванов Роман Эдуардович

0,057

49

99

80

8

0,74

3,43

55

115

9

73

Ильина Мария Владимировна

Мощность работы сердца в спокойном состоянии P1,Вт

0,048

0,75

0,61

0,77

0,067

83

52

Катков Даниил Игоревич

3,85

0,007875

10

0,63

91

Мощность работы сердца после физической нагрузки P2,Вт

Матвеев Глеб Михайлович

102

44

75

0,063

0,009479

11

3,64

0,75

0,61

0,009625

3,08

97

80

0,007875

0,041

12

58

0,82

Михайлов Евгений Михайлович

0,52

60

0,011375

105

13

4,06

96

Николаев Андрей Олегович

59

0,051

0,66

0,72

0,011229

0,009995

0,07

0,5

14

0,80

Орлова Полина Алексеевна

0,046

4,13

81

0,009625

60

134

0,59

0,016142

4,20

110

65

46

Петрова Дарья Олеговна

15

0,62

0,029

0,75

0,007146

0,011998

72

0,008021

96

0,63

Печкин Иван Алексеевич

16

3,22

0,050

0,57

62

0,008782

78

97

0,74

4,34

0,45

58

0,064

0,007583

Плещеев Елисей Дмитриевич

17

0,010374

114

0,058

0,006417

0,55

33

87

0,92

4,06

Пушкина Ульяна Сергеевна

18

0,009100

0,63

0,041

0,008458

2,31

101

0,83

73

0,008189

19

Румянцева София Григорьевна

48

0,008604

61

0,050

0,62

0,77

110

3,36

20

56

Строганова Лиана Сергеевна

0,011487

95

0,53

0,056

0,008750

0,69

Трофимов Михаил Александрович

21

63

53

0,012708

3,92

0,038

0,59

0,006708

0,82

Яковлева Ксения Леонидовна

3,71

82

45

0,011788

91

0,009042

0,55

0,98

91

0,009804

49

0,053

82

3,15

0,63

0,008458

96

78

0,95

0,048

3,43

0,010497

0,004813

0,73

90

0,66

79

0,045

0,012745

0,040

103

0,66

0,007000

0,73

0,007495

0,043

0,63

0,008167

0,77

0,010111

0,007729

0,67

0,76

0,009063

0,58

0,006563

0,009049

0,007146

0,007572

0,009317

Вывод

Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. При физической нагрузке частота сердечных сокращений у всех участников эксперимента увеличилась, сердце стало работать с большей мощностью . Сокращение его более сильные, редкие, и после больших нагрузок работа сердца быстро приходит в норму, тогда как нетренированное сердце продолжает учащенно биться, вызывая неприятные ощущения. Прослеживается следующая зависимость: мощность работы сердца больше у тех, чья масса больше. Стоит предположить, что у людей с излишней массой тела сердце вынуждено работать с повышенной мощностью.

Заключение

Важно тренироваться постоянно, постепенно увеличивая нагрузку. Чрезмерные нагрузки для нетренированного сердца вредны. К возникновению сердечно-сосудистых заболеваний часто приводит образ жизни самого человека. Заболеть рискуют те, кто курит, злоупотребляет алкоголем, неправильно питается и ведет малоподвижный образ жизни. Мы можем снизить риск развития у них сердечно-сосудистых заболеваний, занимаясь регулярными физическими упражнениями, воздерживаясь от употребления табака и избегая пассивного курения, придерживаясь питания, богатого фруктами и овощами, и избегая пищи с большим количеством жиров, сахара и соли, а также поддерживая нормальный вес тела.

Список литературы

•   Александров, А. А. Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний в молодом возрасте / А.А. Александров. - М.: Медицина,  2016 . - 80 c.
• Аронов, Д. М. Берегите сердце / Д.М. Аронов. - М.: Медицина,  2016 . - 32 c.

3.Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. Богданов К.Ю. – М.: Наука. Гл. ред.физ.- мат.лит.,1986. – 144 с. – ( Б-чка «Квант» Вып.49.)

4.Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.: Айрис-пресс, 2007. – 128.: ил.

5.Физика.7 кл.: учебник /А.В.Перышкин. – 6-е изд.,стереотип. – М.: Дрофа, 2017. – 224 с.: ил.