Внеклассное мероприятие «Физика в твоей профессии»

7

Тема: Физика в твоей профессии

Цели:

• Обучающие: научить анализировать материал, выделять главное; самостоятельно работать с технической литературой и в Интернете; углубить знания в области физики;

• Развивающие: расширить круг знаний обучающихся, раскрыть значение и роль физических явлений; развить навыки устной речи, публичного выступления, уверенность в себе, ответственность;

• Воспитательные: вызвать чувство необходимости изучения дисциплины.

Ход занятия

1. Вступительное слово.

Физика – фундаментальная наука. В основе всех технических наук так или иначе лежат физические законы и явления. В настоящее время все больше и больше уделяется внимания подготовке высококвалифицированных специалистов, способных не только выполнять определенную работу, но и подходить к ней творчески. Каждый специалист должен уметь работать с необходимой для данной профессии техникой, а также понимать суть технологических процессов. Сегодня на нашей конференции мы постараемся ответить на вопрос:«Как связана физика с моей будущей профессией?» На конференции будут представлены сообщения о различных специальностях, после которых вы сможете задать свои вопросы докладчикам. Будьте внимательны, после сообщений докладчиков вам предстоит ответить на вопросы викторины.

2. Физика в профессии повара.

Не зная физики, мы не сможем осознано ответить на ряд вопросов, связанных с нашей профессией. Как правильно заварить чай? Какую посуду следует использовать для приготовления некоторых блюд? При каком приготовлении пища будет диетической? Чтобы ответить на вопросы посмотрим презентацию, в которой показана связь физики и искусства приготовления пищи.

3. Физика в профессии судостроителя.

Какие же физические задачи и вопросы возникают при проектировании и оборудовании корабля?

Задачи сейчас же наметятся, как только обратить внимание на предъявляемые к кораблю требования.

Еще древний мудрец Сенека писал: « Корабль хорошим именуется, когда он устойчив и крепок, уступчив к ветру, послушен рулю».

Для кораблей и подводных лодок чрезвычайно важен вопрос об устойчивости их равновесия при плавании («остойчивость» судов). Известно, что при неправильном распределении груза на судне оно может перевернуться. Вопрос об остойчивости является вопросом безопасности мореплавания.

Рассмотрим устойчивость равновесия тела, находящегося под водой, например подводной лодки. Пусть центр давления расположен выше центра тяжести лодки. В нормальном положении центр тяжести и центр давления лежат на одной вертикальной прямой.

При наклонении лодки сила тяжести и выталкивающая сила образуют пару сил, которая будет возвращать лодку в исходное положение. Таким образом, равновесие устойчиво. Если бы центр давления лежал ниже центра, то равновесие лодки было бы неустойчивым. В самом деле, в этом случае при отклонении от строго вертикального положения сила тяжести и выталкивающая сила образовали бы пару сил, поворачивающую лодку дальше от положения равновесия.

Расстояние между центром тяжести и метацентром называют метацентрической высотой. Чем больше метацентрическая высота, тем больше остойчивость судна, тем быстрее возвращается оно в прямое положение, будучи выведено из него внешними силами (порывом ветра, ударом волны). Для парусных судов особенно важно иметь достаточную метацентрическую высоту, так как силы, действующие на парус, создают большой опрокидывающий момент. Поэтому на некоторых типах парусных судов с высокими матчами и большой поверхностью парусов (яхты) днище судна утяжеляют балластом, понижая, таким образом, центр тяжести и увеличивая метацентрическую высоту. В грузовые суда, идущие порожняком, часто кладут на дно балласт с целью понизить центр тяжести. Известно, что на верхнюю палубу торговых судов избегают класть тяжелые грузы: груз на верней палубе повышает положение центра тяжести, т. е уменьшает метацентрическую высоту, а вместе с тем и устойчивость судна.

Другой вопрос о том, как длина корабля связана со скоростью его хода?

Изменения длины корабля приводит к изменению сопротивления. Корабль образует при своем движении две системы волн: одну, положительную, в месте входа корабля, так сказать, в спокойную воду, т.е. у его носовой оконечности, где он как бы вытесняет воду, прокладывая в ней свой путь, и вторую систему, отрицательную - за кормой, где вода как бы устремляется в ту борозду, которая, так сказать, пропахана в ней кораблем. Волны обеих систем имеют одинаковую длину, и если на длине корабля уляжется нечетное число полуволн, то обе системы будут интерферировать, взаимно усиливаясь. Если же укладывается четное число полуволн, то при интерференции обе системы взаимно погашаются. Это сейчас же скажется на уменьшении сопротивления воды на корабль.[6]

4. Физика в профессии железнодорожника

Летом мы много путешествовали, используя, в том числе и железнодорожный транспорт. Большое количество людей отдает ему предпочтение, он используется для грузоперевозок, для транспортировки различного оборудования и техники.

Сегодня невозможно представить себе жизнь современного человека без  быстрой и надёжной связи между людьми, живущими в разных городах и странах. Иногда можно спокойно дожидаться новостей, неторопливо путешествуя в почтовой карете, но бывают обстоятельства, например во время войны, когда связь должна быть молниеносной, ведь во время боевых действий, как известно, “промедление смерти подобно”.

В настоящее время широко используются электрические железные дороги. И здесь без знаний физики не обойтись.  Электрические железные дороги получают электрическую энергию от энергосистем, объединяющих в себе несколько электростанций. Электрическая энергия от генераторов электростанций передается через электрические подстанции, линии   электропередачи различного напряжения и тяговые подстанции. На последних , электрическая энергия преобразуется к виду (по роду тока и напряжения) используемому в локомотивах, и по тяговой сети передается к ним. Здесь работают законы электростатики, электродинамики, электромагнетизма.

 Надежность работы электрифицированных дорог зависит от надежности работы системы электроснабжения. Поэтому вопросы надежности и экономичности работы системы электроснабжения существенно влияют на надежность и экономичность всей электрической железной дороги в целом.

 Обмен служебной информацией и командами управления между локомотивом и хвостовым вагоном по цифровому радиоканалу диапазона 160 Мгц /мегагерц/ осуществляется посредством спутниковой связи.

Мы живем в век новых информационных технологий, информация обновляется очень быстро и надо успевать идти в ногу со временем. Настоящим открытием явилась физика полупроводников ,в т.ч. и на железнодорожном транспорте.Пожалуй, самым удивительным является изобретение гетероструктур. Оно принадлежит Российскому академику Жоресу Ивановичу Алфёрову.

Благодаря его открытиям появилась возможность развития телекоммуникаций и информации на железной дороге.

Эффективность работы железных дорог опирается на внедрение новых принципов и методов управления с применением современных информационных технологий и создание единого инфокоммуникационного пространства отрасли.

Для этого необходимо строительство единой магистральной цифровой сети связи. Общая протяжённость волоконно-оптических линий связи составляет более 52 тыс. км.

Целью проекта является внедрение перспективных технологий во все сферы деятельности федерального железнодорожного транспорта.

На магистральную цифровую сеть связи накладывается глобальная сеть передачи данных, и на её основе осуществляется введение телекоммуникационных технологий. Это позволяет управлять подвижным составом на больших перегонах из создаваемых центров диспетчерского управления перевозками. Наиболее эффективными являются автоматизированные системы учёта и управления вагонным, локомотивным, контейнерным парками, управления пассажирскими перевозками, оформление и ведения перевозочных документов.

Знания электроники электротехники позволяют профессионально использовать приборы управления различными системами.

5. Физика в профессии строителя

Мы уверены, что у каждого из присутствующих имеется дом. Будь то частный дом, либо квартира. В разное время года свой дом защищает нас от разных климатических воздействий: жары, дождей, холода и т.д. Многие считают это чем-то обыденным и само собой разумеющимся свойством дома или квартиры, но далеко не многие задумываются или интересуются как же строители, каким способом они создают такой комфорт?!

Строительная физика - совокупность научных дисциплин, рассматривающих физические явления и процессы, связанные со строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, и разрабатывающих методы соответствующих инженерных расчётов. Основными и наиболее развитыми разделами Строительной физики являются строительная теплотехника, строительная акустика, строительная светотехника. Получают развитие и др. разделы. Становление Строительной физики как науки относится к началу 20в. До этого времени вопросы Строительной физики обычно решались инженерами и архитекторами на основе практического опыта.

Перспективы дальнейшего развития Строительной физики связаны с использованием новых средств и методов научных исследований. Так, например, структурно -механические характеристики материалов и их влажностное состояние в конструкции зданий изучаются с помощью ультразвука, лазерного излучения, гамма-лучей, с применением радиоактивных изотопов и т.д.

Методы строительной физики основаны на анализе физических процессов, происходящих в ограждениях и в окружающей их среде. Для них используют лабораторные и натурные исследования этих процессов с использованием математических методов физического моделирования.

На каждое строительное сооружение действуют многочисленные силы, например, силы сжатия и растяжения. Эти силы нагружают строительное сооружение. Поэтому их называют нагрузками. Нагрузки происходят за счет самого сооружения и могут быть обусловлены внешними воздействиями. Различают постоянные и временныенагрузки

Наружные ограждающие конструкции зданий должны удовлетворять следующим теплотехническим требованиям: обладать достаточными теплозащитными свойствами, чтобы не допускать излишних потерь тепла в холодное время года и перегрева помещений летом в условиях жаркого климата; температура внутренней поверхности ограждения не должна опускаться ниже определенного уровня, чтобы исключить конденсацию пара на ней и одностороннее охлаждение тела человека от излучения тепла на эту поверхность; обладать воздухопроницаемостью, не превосходящей допускаемого предела, выше которого чрезмерный воздухообмен снижает теплозащитные свойства ограждений, приводит к дискомфорту помещений и излишнимтеплопотерям; сохранять нормальный влажностный режим в процессе эксплуатации здания, что особенно важно, поскольку увлажнение ограждения снижает его теплозащитные свойства и долговечность.

Естественное освещение можно обеспечить через окна в наружных стенах, через световые фонари и свето - прозрачные покрытия, а также использовать  в строительстве фонтанов.

Экологический дом – это качественное, долговечное, доступное индивидуальное жильё. Использование натуральных, природных материалов позволяет создать благоприятный для здоровья микроклимат дома.

Кроме того, доступность материала выгодно влияет на стоимость строительства. При соблюдении технологий и высоком качестве работ, срок эксплуатации дома очень велик. Процесс строительства не требует излишних трудозатрат.

6. Физика в искусстве и прозе

Великая поэзия нашего века – это наука с удивительным расцветом своих открытий.
Э. Золя

Физика и искусство… Кажется, они не совместимы. Однако это не так, и сегодня мы попытаемся это доказать. Представители искусства, порой и сами этого не зная, используют для своих творений физические закономерности. А физики… они любят и ценят искусство, которое пробуждает их творческую мысль, вдохновляет и тем самым помогает постигать тайны природы.

А. Эйнштейн в минуты отдыха играл на скрипке; Д. Ландау любил читать стихотворения Лермонтова и Байрона; М. Планк и В. Гейзенберг были отличными пианистами; создатель первого в мире ядерного реактора И.В. Курчатов часто посещал симфонические концерты и за три дня до смерти слушал "Реквием" Моцарта в консерватории, виднейший русский писатель XIX в. А.И.Герцен окончил физико-математический факультет Московского университета и специализировался в области астрономии.

Физика и живопись

Науку и искусство объединяют стремления к познанию и к творчеству. Последнее означает создание новой информации, реализуемое практически, а не путем логического рассуждения.

• Сложность структуры цвета, разнообразие цветов и их оттенков;

• Оптика;

• Физика и реставрационная техника.

Первым понял «устройство» радуги И.Ньютон, он показал, что «солнечный зайчик» состоит из различных цветов.

Позднее физик и талантливый музыкант Томас Юнг покажет, что различия в цвете объясняются различными длинами волн. Юнг является одним из авторов современной теории цветов наряду с Г.Гельмгольцем и Дж.Максвеллом. Приоритет же в создании трехкомпонентной теории цветов (красный, синий, зеленый – основные) принадлежит М.В.Ломоносову, хотя гениальную догадку высказывал и знаменитый архитектор эпохи Возрождения Леон Батиста Альберти.

Одним из важнейших факторов в живописи является «Оптика»: линейная перспектива (геометрическая оптика), эффекты воздушной перспективы (дифракция и диффузное рассеяние света в воздухе), цвет (дисперсия, физиологическое восприятие, смешение, дополнительные цвета). Полезно заглянуть и в учебники живописи. Там раскрыто значение таких характеристик света, как сила света, освещенность, угол падения лучей.

Различные ощущения света и цвета можно описать при изучении глаза, рассмотреть физическую основу оптических иллюзий, самой распространенной из которых является радуга.

Физика и реставрационная техника

Методы: рентгенографии, фотографирования в ИК-лучах, спектрографии и микрохимического анализа, макрофотографии – съёмка на довольно большом расстоянии через сильно увеличивающий объектив позволяет выявить «почерк» художника, т.е. движение кисти, манеру наложения красок.

Физика и скульптура

Физика искусства в кинетических скульптурах Дэвида Роя

Энергия ни от куда не берётся и ни куда не исчезает просто так. Представим биллиардный стол. Мы ударим по белому шару и он полетит в красный. Шары столкнутся. Белый остановится и передаст свою энергию красному, а красный полетит от этой энергии дальше. Если бы красному шару ничего не мешало, то он летел бы бесконечно. Но его тормозит трение о стол и даже сопротивление воздуха, поэтому он замедляется и останавливается исчерпав всю энергию на сопротивление.

Дэвид Рой создаёт движущиеся скульптуры, которые можно назвать кинетическими. Все их части связаны между собой в движущийся механизм. Если придать энергию хотя бы одной части, то она будет сообщать её всей скульптуре. Кинетическая скульптура будет двигаться, пока её энергия не исчерпается на сопротивление.

Скульптуры Дэвида Роя (David C.Roy) сделаны так, чтобы даже от слабого дуновения ветерка начиналось движение. И, по словам автора, после этого они будут двигаться от полутора до пятнадцати часов.

Музой Дэвида была его жена Марджи, которая училась в колледже искусств. А Рой учился на физика и всё время, глядя на её скульптуры, задавал вопрос: «Ты можешь заставить из двигаться?».

С 1975 года Дэвид Рой создал более 130 различных кинетических скульптур и до сих пор взволнован каждым новым произведением, которые «заработало». Теперь он моделирует части скульптуры на компьютере, чтобы не тратить зря время и не расходовать дерево.

Физика в скульптурах магнитного поля от СачикоКодама

Все мы на лабораторных работах выполняли опыты с металлической стружкой, которая показывает линии силового поля магнита. Но настоящее чудеса можно увидеть в творческих работах с ферромагнитной жидкостью.

Именно с ней работает талантливая японка СачикоКодама (SachikoKodama). Совместив науку и искусство, она заставляет ферромагнитную жидкость ожить, «задышать», разбрызгаться и соединиться, ощетиниться или вырасти в гладкую башенку.

Жидкие магниты изобретены в 60-х годах. Это столь мелко перемолотый магнит, что он не выпадает в осадок. Теперь такую жидкость широко используют в компьютерных технологиях, а так же как «вечную» смазку в намагниченных подшипниках, или как уплотнитель на подводных лодках, ведь пристав к чуть намагниченным деталям она никогда не пропустит воду.

Существует технология по сбору нефтяной плёнки с поверхности моря: распыляется немного ферромагнитной жидкости, она растворяется в нефти, а затем плёнка удаляется мощными электромагнитами.

Физика в музыке от Миры О`Рейли

«Пение Хладни» — так называется физическое явление, которое использует в своём творчестве Мира О`Рейли (MearaO'Reilly) из Северной Калифорнии.

В 18-х и 19-х столетиях Роберт Хук и Эрнест Хладни обнаружили, что если насыпать на стекло муку или песок, а затем начать водить по стеклу обычным смычном от скрипки, то песчинки и крупинки начинают от вибрации выстраиваться в геометрические узоры. Это явление было названо в честь первооткрывателя.

Поэты и писатели умеют видеть окружающий мир и образно описывать его. Во многих литературных произведениях мы встречаемся с различными явлениями природы в художественном воображении авторов. Физик, читая такие места, не может удержаться, чтобы не рассмотреть такие небольшие отрывки из произведений как задачи с физическим содержанием. Некоторые из них могут оказаться весьма непростыми - надо хорошо подумать, чтобы ответить правильно. Следовательно, есть возможность одновременно наслаждаться как художественными формами, так и красивыми решениями.

Начнем с поэзии.

Прочитайте отрывок из стихотворения И. Сурикова «Зима»:

«Стали дни коротки,

Солнце светить мало,

Ой, пришли морозы

И зима настала.»

Почему с наступлением зимы дни становятся короче?

• В известном стихотворении "Зимнее утро" великий русский поэт Александр Пушкин хорошо описывает зимние пейзажи и одновременно, сам того не зная, ставит много интересных вопросов для любителей физики.

Послушайте и самостоятельно сформулируйте несложные физические задачи.

«Под голубыми небесами

Великолепньимы коврами,

Блестя на солнце, снег лежит;

Прозрачньий лес один чернеет,

И ель сквозь иней зеленеет,

И речка подо льдом блестит.»

Сколько здесь описано явлений и из какого раздела физики?

• Воспевал природу также и Юрий Лермонтов. Лермонтовский пророк, гонимый и презираемый толпой, все же знает цену счастья.

«И звезды слушают меня,

Лучами радостно играя.»

Может кто-нибудь объяснить, как отличить на небе звезду от планеты?

Перейдем к прозе.

• В. Короленко в произведении «На затмении» описывает такой пейзаж:

«День начинает заметно бледнеть. Лица людей принимают страшный оттенок, тени человеческих фигур лежат на земле бледные, неясные... Однако, пока остается тонкий серповидний ободок солнца, все еще царит впечатление сильно побледневшего дня... Но вот эта искра исчезла... Круглое, темное, враждебное тело, словно паук, впилось в яркое солнце...»

Почему тени стали бледными и нечеткими?

• Михаил Пришвин так описывает охоту в одном из своих произведений:

«Мы идем с Ладой — моей охотничьей собакой — вдоль небольшого озерка. Вода сегодня такая, что летящий кулик и его отражение в воде были совершенно одинаковы: казалось, летели нам навстречу два кулика... Лада наметилась. Какого она выберет себе: настоящего, летящего над водой, или его отражение в воде — оба ведь схожи между собой как две капли воды. Вот бедная Лада выбирает себе отражение и, наверно думая, что сейчас поймает живого кулика, с высокого берега делает скачок и бухается в воду. А верхний, настоящий кулик улетает».

Догадываетесь, из какого произведения Пришвина взят этот отрывок?

А теперь физическая задача: Есть ли отличие между предметом и его отражением?

• А вот отрывок из повести А.П. Чехова «Степь»:

«Егорушка... разбежался и полетел с полуторасаженной высоты. Описав в воздухе дугу, он упал в воду, глубоко погрузился, но дна не достал; какая-то сила, холодная и приятная наощупь, подхватила и понесла его обратно наверх».

О какой силе идет речь?

А вот четверостишье на украинском языке

из стихотворения великого Тараса Шевченко:

«Вітер з гаєм розмовляє,

Шепче з осокою,

Пливе човен по Дунаю

Один за водою.»

Какие физические задачи можно увидеть в этом стихотворении? Конечно, здесь можно рассмотреть различные вопросы. Пожалуй, наиболее интересными являются следующие:

Первая задача - о ветре. Почему, как точно подметил поэт, «ветер с рощей разговаривает», а с осокой «шепчет»?

Вторую задачу можно обобщить так. Почему течение сносит лодку вниз по течению?

- Сегодня вы узнали много нового, а теперь мы проведем викторину и определим самого технически грамотного.

Викторина.

1. Почему трудно попасть в рыбу, стреляя в нее из ружья с берега, если она находится на глубине нескольких десятков сантиметров от поверхности воды?

2. Чем характеризуется быстрота распада радиоактивного вещества?

3. Четверо ребят на двух санях перевезли по одному и тому же пути груз. Веревки они натягивали с одинаковой силой, но ребята первой пары шли рядом, а другой - поодаль друг от друга. Которая из пар совершила большую работу?

4. Почему в парниках температура заметно выше, чем у окружающего воздуха, даже в отсутствие отопления?

5. В жарких странах напитки помещают в сосуды с пористыми стенками. Зачем это делают?

6. Альпинисты на большой высоте приготавливали пищу. После положенного в обычных условиях времени кипячения они обнаружили, что продукты не сварились. Каковы причины этого явления?

7. У неопытного гребца двухвесельная лодка чаще всего идет по дуге, уклоняясь преимущественно вправо. Объясните это явление.

Награждение докладчиков и участников конференции.

Подведение итогов.