для начала необходимо определить его консистенцию.. .
Консистенция котов
Коты бывают твердые, жидкие и газообразные.
Твердый кот вспрыгивает на человека и топчется по нему острыми лапами.
Жидкого кота нельзя поймать, он просачивается сквозь пальцы.
Газообразный кот занимает места больше, чем есть в квартире. Еще и в окно высовывается.
Дуальная природа котов
Коты могут становиться то волной, то частицей.
Временами они размазываются по пространству, оказываясь одновременно в каждой точки и реагируя на все, что движется.
А временами сворачиваются в плотную меховую частицу, полностью уходя в себя вместе с носом, лапами и хвостом.
Счетность котов
Целым числом не выражается.
Доказательство. Возьмем кота. Сколько его? От нуля до бесконечности. Ноль – это если кот потерялся.
Около нуля – когда он гуляет. Вроде и есть кот, а в то же время его нигде нет.
Примерно единица – когда он спит, его можно потрогать и убедиться в нем.
Больше единицы – когда он бродит. Смотришь, сидит кот. Смотришь в другую сторону, там еще один кот.
Бесконечность – когда он носится. Куда ни глянь, кругом коты.
Такое простое, казалось бы, существо. а совершенно не поддается счету.
Сущность котов
Один и тот же кот может принимать совершенно разные облики. Может прикинуться Колбасой или Шапкой. А то вдруг станет Птицеедом или Помоечным зверем. Или вдруг обернется Тахтой, Дурьей башкой или Тортиком. Или внезапно заскачет Запятой.
Даже странно считать такое разнообразие объектов одним и тем же зверем.
Асимметричная природа кошек
Коты бывают мужские и женские.
Женские кошки очень интересуются косметикой. Людят нюхать кремы, помогать красить ресницы, воровать помаду и палочки для ушей. Чтобы быть еще красивее, кошки часто ходят в подъезд пушить хвост. Как увидят кого незнакомого, сразу хвост пушат, чтобы понравиться.
Мужские коты людят играть в лошадки, гонять мяч и бессмысленно таращиться со шкафа, как будто первый раз тебя видят. Коты любят помогать хозяевам. Особенно они любят помогать есть колбасу и смотреть телевизор.
Несмотря на асимметричную природу, кошки и коты дружат (когда не дерутся) . Десять минут носятся галопом, потом внезапно ложатся спать, превращаясь в красивый меховой коврик. При этом светлая кошка и темный кот могут качественно изобразить Инь и Ян.
Эмпирические исследования
Проведем эксперимент.
Возьмем, к примеру, кошку.
Результат: 30-минутное выпадение из жизни. Ну как можно отказать в ласке доверчиво мурлыкающему существу?
Вывод: кошки – прекрасное оправдание собственной лени.
Возьмем кота.
Результат: руки исцарапаны, кот бессмысленно таращится со шкафа.
Вывод: в следующий раз надеть перчатки.
Как вырастить себе кота
Кота можно вырастить практически из ничего.
Сначала это Практически Ничто будет жалобно пищать, требуя еды, и глупо таращиться на блюдце с молоком, не зная, что с ним делать.
И вы будете терпеливо ждать, когда же Оно наконец научится есть самостоятельно, гадить на место и ходить по паркету, не поскальзываясь.
Со временем Ничто превратиться в уже Что-то, которое будет радостно скакать, сшибая все на своем пути, включая вас, брать себе все, что плохо лежит, и пытаться добыть то, что лежит хорошо.
И вы будете уже с нетерпением ждать, когда же Это наконец вырастет, остепенится, и в квартире можно будет оставлять без присмотра хотя бы несъедобные вещи.
Затем это сначала Ничто, потом Что-то вырастет в Нечто, которое будет сутки напролет лениво лежать, занимая собой полдивана, а на попытки его подвинуть – ворчать и упираться.
И это ленивое Нечто и будет тем, что вы так долго и терпеливо выращивали.
Муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя
школа № 5» г. Новый Уренгой
Направление:
физика
Исследование
физических параметров домашней кошки
Вид
работы:
реферативно-экспериментальная
Выполнена
ученицей 7 класса
муниципального
бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя
школа № 5» г. Новый Уренгой
Немцану
Милены Григорьевны
Научный
руководитель – учитель физики муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения
«Средняя школа № 5» г. Новый Уренгой
Кандакова
Алёна Федоровна
г.
Новый Уренгой
2016
Содержание
Глава
1. Биомеханика
1.1. Развитие биомеханики как науки
1.2. Биомеханика движения на суше
Глава 2. Механические характеристики домашней
кошки
2.1.
Алгоритм проведения экспериментов
2.2. Измерение средней и максимальной скорости кошки
2.3.
Измерение массы кота
2.4.
Измерение объема кошки
2.5. Измерение плотности кошки
2.6.
Измерение давления Муси на опору (пол).
2.7.
Измерение механической работы и мощности кошки при подъеме по лестнице
2.8. Измерение силы тяги кошки
2.9. Задачи о Мусе
Заключение
Библиографический список
Введение
Многие знания человек получает из
своих наблюдений. Издавна человек наблюдал за животными, за движением, полетом.
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. И сейчас ученые непрерывно продолжают
изучение особенностей живой природы, которые позволяют машинам и механизмам не
только устанавливать рекорды, но и работать и двигаться так же грациозно и
бесшумно, как например кошке.
Физика – наука о природе. Кот, как
домашнее животное, частица этой природы. Поэтому мы сформулировали гипотезу исследования:
физика как наука применима для изучения домашних животных.
Цель исследования: Исследовать
физические параметры и характеристики механического движения кошки; на основе
экспериментальных данных составить 2 задачи по физике.
Задачи:
1.
Изучить литературные источники по проблеме
исследования.
2.
Подобрать или сконструировать средства
измерения.
3.
Исследовать характеристики кошки (масса,
объем, плотность).
4.
Исследовать характеристики механического
движения и взаимодействия (скорость, механическая работа, мощность, давление
кошки на опору).
5.
Сделать выводы, составить 2 задачи о
механическом движении Муси.
Актуальность
исследования: Физика – это экспериментальная наука.
Но проведения лабораторных работ на уроках физики недостаточно, нужно и
интересно научиться применять полученные знания в своей жизни. Поэтому, зная
способы проведения наблюдений и измерений, можно проверить выполнение законов
физики. А для того, чтобы наши исследования пригодились в дальнейшем, мы решили
составить несколько задач о кошке Мусе.
Новизна исследования:
Описаны способы применения знаний при
изучении механических характеристик домашней кошки. Полученные
экспериментальные данные можно использовать на уроках биологии, при составлении
и решении задач по физике. Были составлены задачи для учащихся 7 класса.
Проблема исследования:
не существует однозначных способов определения механических характеристик
домашних кошек; важно научиться не только решать физические задачи, но и
научиться узнавать, видеть физические явления в нашей жизни, в частности при
наблюдении за кошкой. Мы предлагаем способы изучения домашнего животного.
Объект исследования: домашняя
кошка Муся.
Предмет исследования:
физические параметры кошки и физические характеристики ее механического
движения и взаимодействия.
Методы исследования:
– теоретические:
изучение источников информации по теме исследования (печатная литература,
интернет);
– практические:
подбор (конструирование) оборудования, проведение измерений, обработка
полученных данных, составление 2 задач.
Новизна и значимость исследования:
Полученные экспериментальные данные
можно использовать на уроках биологии, при составлении и решении задач по
физике.
Основные этапы исследования:
|
№ |
Название |
Содержание |
|
1 |
Информационный |
Подбор литературы по теме «биомеханика |
|
2 |
Теоретический |
Изучить литературу по теме |
|
3 |
Экспериментальный |
Подбор/изготовление необходимого Исследовать некоторые механические |
|
4 |
Практический |
Используя результаты Составить задачи по физике с |
|
5 |
Обобщающий |
Обобщить результаты исследования |
Практическая ценность работы:
– сформулированы способы определения
механических характеристик кошки;
– получены конкретные
экспериментальные данные;
– составлены задачи по физике о
домашней кошке.
Работа состоит из введения, теоретической
части – учение о физике животных, практической части – механические
характеристики кошки, задачи о Мусе и заключения.
Глава 1. Биомеханика
В главе рассказывается о
том, что такое биомеханика и какова биомеханика у животных, которые обитают на
суше.
1.1. Развитие биомеханики как науки
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. Отсюда понятно, что биомеханика —
это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную
деятельность живых существ.
Истоками биомеханики были работы
Аристотеля и Архимеда. Первые научные труды написаны Аристотелем (384—322 гг.
до н.э.), которого интересовали закономерности движения наземных животных и
человека. 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. Этот великий художник, математик, физик и инженер впервые
высказал важнейшую для биомеханики мысль: «Наука механика потому столь благородна и полезна более всех
прочих наук, что все живые тела, имеющие способность к движению, действуют по
ее законам».
Рене Декарт
(1596—1650) создал основу рефлекторной теории, представив, что основанием
движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы
чувств. Объяснение данного факта является происхождение непроизвольных
движений.
В дальнейшем
большое влияние на развитие биомеханики оказал итальянец Д. Борелли (1608—1679)
— врач, математик, физик. В своей книге «О движении животных» по сути он
положил начало биомеханике как отрасли науки. Он рассматривал организм человека
как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с
позиций механики. Большой теоретический
вклад был сделан основоположником отечественной 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.
Таким образом, можно сделать вывод, что биомеханика – это
современное направление науки, необходимое для развития практически необходимых
вещей в жизни человека.
1.2. Биомеханика движения на суше
На суше работа
скелетных мышц животных, имеющих конечности, расходуется на преодоление силы
гравитации и на поддержание равновесия.
Для
быстро бегающих животных (псовые, лошади, лани, газели) характерно строение
тела, позволяющее животному при движении испытывать наименьшее сопротивление
воздуха. Голова, шея, туловище не имеют выступающих частей и симметричны в
поперечном сечении. У быстро бегающих животных хорошо развиты мышцы шеи: это
важно для обеспечения широкого размаха движений и удержания головы как
балансира. Собственно кинематику движения обеспечивают задние конечности с
хорошо развитой мускулатурой. Сухие передние конечности служат для поддержания
тела. Мышцы сконцентрированы на проксимальных частях костей, к дистальным
отделам подходят сухожилия.
У
позвоночных животных, располагающих конечностями, локомоции осуществляются с
помощью системы рычагов, соединенных при помощи подвижных сочленений —
суставов. Скелет животных включает несколько сот костей и обеспечивает
несколько направлений движения.
В
опорно-двигательном аппарате выделяется три типа рычагов. Одни из них служат
для поддержания тела в пространстве, другие — для силовых действий, третьи
необходимы для быстрого линейного перемещения.
В
рычагах равновесия точка опоры находится между точкой приложения вектора силы и
массой. Такие рычаги называют рычагами первого рода. Механическая работа
нарастает с увеличением плеча силы. Такую картину можно наблюдать в системе
мышц и костей тазобедренного сустава, а также верхних шейных мышц и позвонков.
В
рычагах силы (рычаги второго рода) масса прикладывается между точкой опоры и
вектором силы. Приложение силы вызывает движение рычагов в суставе и выполнению
механической работы. Так работают фаланги пальцев или скакательный сустав с
икроножной мышцей у лошади.
Рычаги
скорости (рычаги третьего рода) имеют точку приложения между точкой опоры и
массой. Место прикрепления мышцы находится поблизости от точки опоры рычага.
Вследствие такой анатомии сустава незначительное сокращение мышцы достаточно
для значительного перемещения удаленного конца кости, составляющей рычаг.
Наиболее типичным рычагом такого рода можно считать рычаги коленного сустава, а
также плече-лопаточное сочленение.
Система
рычагов шарнирного типа предназначена для преодоления сил гравитации (поднятия
массы) с большой механической эффективностью в процессе движения животного.
Характерным для такого сустава является то, что рычаг одним концом закрепляется
в точке опоры, а его другой конец связан с грузом. В такой системе рычагов
нагрузка распределяется равномерно в продольном направлении. При распрямлении
конечности для поддержания тела требуется сравнительно небольшая мышечная сила.
Подобным образом работает система коленного сустава.
* * *
В главе рассмотрены основные понятия темы. Итак, мы выяснили,
что биомеханика — это раздел науки, изучающий двигательные возможности и
двигательную деятельность живых существ. Также мы узнали физические (механические)
объяснения особенностей устройства организма животных суши.
Глава 2. Механические характеристики домашней
кошки
В главе рассматриваются способы
определения механических характеристик домашней кошки, а также результаты наших
исследований.
2.1.
Алгоритм проведения экспериментов
Любой эксперимент должен
проводиться в определенной последовательности. Это важно для достижения целей
эксперимента и точности полученных результатов. В нашем исследовании измерение механических характеристик кошки
проводилось по следующему алгоритму:
1.
Тема
эксперимента.
2.
Цель
эксперимента.
3.
Приборы и
материалы, используемые в ходе эксперимента.
4.
Ход
эксперимента.
5.
Таблица
результатов.
6.
Вывод опыта.
2.2.
Измерение
средней и максимальной скорости кошки
Цель эксперимента: Измерить среднюю и максимальную
скорости кошки
Приборы и материалы: секундомер, рулетка, игрушки
(бантик, лазерная указка).
Ход эксперимента:
1.
При помощи
рулетки измерим расстояние пройденное кошкой.
2.
При помощи
секундомера измеряем время движения.
3.
Рассчитываем
скорость по формуле 
.
4.
Результат
измерения вносим в таблицу.
5.
Рассчитываем
среднюю скорость по формуле: 
|
Опыт |
S, м |
t, с |
υ, м/с |
υ ср, м/с |
υ max, м/c |
|
1 |
1 |
2 |
0,5 |
0,6 |
1 |
|
2 |
2 |
3 |
0,7 |
||
|
3 |
3 |
5 |
0,6 |
Расчет скорости:
υ1 =S1 /t1 =1:2=0,5м/c;
υ 2 =S2 /t2 =2:3=0,7м/c;
υ 3 =S3 /t3 =3:5=0,6м/c.
Расчет средней скорости:
υ ср =Sвесь/tвсе = (1+2+3) / (2+3+5) = 6/9 = 2/3 = 0, 66 м/c = 0,6 м/с
Вывод эксперимента. В результате
исследования средняя скорость кота равна 0,6 м/с, максимальная – 1 м/с = 3,6
км/ч.
По данным исследований во время
бега домашняя кошка может делать рывки со скоростью до 50 км/ч. Скорость кошки
Муси составляет всего 7,2 % от максимально возможной скорости, которую моет
развивать кошка.
2.3.
Измерение массы кота
Цель эксперимента: измерить массу кошки Муси
Приборы и материалы: напольные весы.
Ход эксперимента:
1.
Определяем
цену деления весов
2.
Ц.д.=(10-5)/10=0,5
кг.
3.
Измеряем
массу кошки с помощью напольных весов. Считаем количество делений и умножаем на
цену деления.
4.
Масса Муси =
0,5 * 10 =5кг.
5.
Результаты
измерений вносим в таблицу.
|
Цена |
Число |
Масса |
|
0,5 |
10 |
5 |
Вывод: Домашняя кошка в среднем
весит 3 – 6 кг. Масса Муси соответствует среднестатистическим данным. Согласно
книге рекордов Гиннеса масса самого большого кота 21 кг. Масса Моти составляет
13 % данной массы.
2.4.
Измерение объема кошки
Моя кошка любит купаться,
поэтому я выбрала метод определения объема ее тела через погружение в воду.
Цель эксперимента: измерить объем кошки.
Приборы и материалы: круглый таз с водой,
измерительная лента, карандаш, линейка.
Ход эксперимента:
Измерения объема кошки будут
состоять из 2 этапов. Измерение объема тела – как тела неправильной формы.
Измерение объема головы из учета того, что форма головы приближена к
окружности.
1.
Измерим
диаметр таза d= 34 см.
2.
Нальем в таз
воды. Отметим на боковой 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=13,5 см.
4.
Вычислим
высоту подъема воды h=h2–h1=13,5-11=2,5 см.
5.
Найдем объем
вытесненной воды, а значит и объем тела кота V1,без
учета головы. V 1 = S* h (основание на высоту). Так как
основание таза окружность, получаем V 1 = πR2* h = π(d/2)2* h= 3,14*(34/2)2*2,5= 2268,65см3 = 0,002270м3
6.
Измерим
обхват головы с помощью измерительной ленты l=28 см.
7.
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. Итоговая формула примет вид V2= 4/3 π (l/2π)3=371см3=0,000371м3.
8.
Объем кошки
находим сложением объема тела и объема головы V
= V 1+V 2 =0,002270+0,000371=0,002641 м3.
Вывод эксперимента. Объем Муси составляет
0,002641 м3.
2.5.
Измерение
плотности кошки
Цель эксперимента: измерить плотность кота.
Приборы и материалы: данные предыдущих измерений.
Ход эксперимента:
1.
Плотность
рассчитывается по формуле ρ =m/V.
2.
Данные
вносим в таблицу.
|
Масса, |
Объем, |
Плотность, |
|
5 |
0,0026 |
1923 |
3.
Используя
данные таблицы, рассчитываем плотность ρ=m/V=5/0,0026= 1923кг/м3.
Вывод эксперимента. Плотность Муси равна 1923 кг/м3
2.6.
Измерение давления Муси на опору (пол).
Цель эксперимента: измерить давление кошки 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:
1.
Давление
рассчитывается по формуле: Р =F/S=mg/S.
2.
Рассчитаем
силу тяжести. Для этого умножим массу Муси на ускорение свободного падения.
3.
F тяж = gm=5*10=50 H , где F тяж – сила
тяжести; g – ускорение свободного падения, равное 9,8 Н/кг; m –
масса кота. Значение массы кота возьмем из выше описанного
исследования.
4.
Площадь опоры
кошки (S) определяем следующим образом. Поставим ее
на лист клетчатой бумаги и обведем контур той части, на которую опирается кошка.
Сосчитаем количество квадратиков и умножим на площадь одного квадратика (1/4 см2
). Данные занесем в таблицу.
|
Положение |
Число |
Площадь |
Площадь |
|
Стоя |
37*4 |
37 |
0, 004 |
|
Сидя |
630 |
157,5 |
0, 016 |
|
Лежа |
2279 |
569,8 |
0, 057 |
S1 = 37*4*0, 25 см2= 37 см2=0, 004 м2
5.
Рассчитаем
давление оказываемое котом на пол, данные внесем в таблицу.
|
Положение |
Давление на пол, Па |
Давление на пол, кПа |
|
Стоя |
12500 |
12,5 |
|
Сидя |
3125 |
3,13 |
|
Лежа |
877 |
0,88 |
P1
= 50 Н / 0, 004 м2 = 12500 Н/ м2 ≈ 12,5 кПа
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 результаты исследования, чем меньше площадь, тем больше давление на
опору.
2.7.
Измерение механической работы и мощности кошки при подъеме по лестнице
Цель эксперимента: измерить механическую работу и
мощность кота при подъеме по лестнице.
Приборы и материалы: ластик, нить, секундомер,
рулетка.
Ход эксперимента:
1.
Механическая
работа рассчитывается по формуле – A= mgh, где
h – высота подъема кота, g – ускорение
свободного падения, равное 9,8 Н/кг; m – масса кошки. Мощность можно
вычислит по следующему закону N=A/t, где А – это работа, t–
время.
2.
Значение массы кошки нам известно из выше
полученных данных, запишем его в таблицу.
3.
Для
определения высоты, на которую по лестнице поднялась кошка, опустим ластик,
привязанный к нити в лестничный пролет. Завяжем на нити узелок, когда ластик
коснется пола первого этажа. Измерим длину нити, это и будет высота подъема кота.
Данные занесем в таблицу.
4.
Определим по
секундомеру время, затраченное Мусей на подъем по лестнице. Данные занесем в
таблицу.
5.
Вычислим механическую
работу и мощность по формулам:
A= mgh= 5*10*3=150 Дж
N=A/t=150/5=30 Вт.
Данные занесем в таблицу.
|
Масса кошки m, |
h, |
t,с |
А, Дж |
N, |
|
5 |
3 |
5 |
150 |
30 |
Вывод эксперимента. Работа, совершаемая котом при
подъеме по лестнице равна 150 Дж, мощность при этом подъеме 30 Вт. Мощность
человека при нормальных условиях работы в среднем равна 70-80 Вт. Совершая
прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт.
Мощность развиваемая Мусей в 24 раза меньше, чем максимальная мощность
человека.
2.8.
Измерение
силы тяги кошки
Цель эксперимента: измерить среднюю силу тяги
кошки.
Приборы и материалы: школьный демонстрационный
динамометр, ошейник, поводок.
Ход эксперимента:
1.
На кошку
надеваем ошейник, к нему крепим поводок и прикрепляем динамометр.
2.
Удерживая динамометр,
замеряем максимальные показания прибора при: беге кота за приманкой, за
бантиком, на клич хозяина, на стук дверью. Данные записываем в таблицу.
|
№ опыта |
Сила тяги кошки, Н |
Средняя сила тяги, Н |
|
Бег за приманкой |
2,2 |
2,1 Н |
|
Бег за бантиком |
1,8 |
|
|
Бег на клич хозяина |
3,2 |
|
|
Бег на стук дверью |
1,2 |
Fсредняя
= (1, 2+1, 8+3, 2+1, 2) / 4 = 8, 4/4=2,1Н.
Вывод эксперимента. Наибольшую
силу тяги кот развивает на клич хозяина.
2.9.
Задачи о Мусе
Мы решили составить задачи о Мусе по
темам, изучаемым во второй половине 7 класса. То есть сейчас эти задачи можно решить
на уроках физики с моими одноклассниками.
1) Когда Муся стоит на четырех
лапках, площадь опоры составляет 148 клеточек (1 клетка=0,25 см2),
при этом она оказывает давление на пол 12,5 кПа. На сколько изменится давление,
если Муся одну лапку поднимет? Увеличится или уменьшится давление на пол?
2) Муся любит лежать в тазике с водой
диаметром 34 см. Когда кошка погружается в воду до головы, уровень воды в
тазике изменяется на 3 см. Определите силу Архимеда, действующую на кошку.
Изменится ли сила Архимеда, если Муся ляжет в соленую воду?
* * *
В главе представлены основные
результаты нашего исследования, а также составленные нами задачи для учащихся 7
класса.
Заключение
Кошка доставляет человеку большое
эстетическое удовольствие. Помимо этого ее можно рассматривать как
интереснейший объект физических исследований.
Мы считаем, что мы выполнили все
задачи.
Выяснили, что такое биомеханика, как
эти знания используются в жизни человека. Поставленная цель была достигнута:
были исследованы физические параметры кошки, а также характеристики ее движения
и взаимодействия. Гипотеза исследования подтвердилась – физическими законами
можно описать характеристики кошки.
Также мы составили задачи о Мусе,
которые можно решать на уроках физики.
Выбранная 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.
Библиографический
список
1.
Яворский Б.М. Физика. Механика. М.: Дрофа,
2002. – 320 с.
2.
Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.:
Просвещение, 1998. – 128 с.
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.
7.
http://www.activestudy.info/biomexanika-dvizheniya-na-sushe/
Copy
-
-
seann March 2 2009, 23:19
seann- Животные
- Cancel
Виа Корпускула: как измерить объем кота, не погркужая его в воду (потому что результат, полученный способом погружения, будет верен не для кота, а для живущей в нем крысоподобной зверушки). Лоу-тек метод.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа с.Росташи Аркадакского района Саратовской области
Проект по физике
Кошка Мурка, как объект физических исследований
Вид работы – исследовательский проект
Секция – математика и информатика
Авторы:
Петрунина Анна, Орлова Татьяна
ученицы 9,10 класса
МБОУ – СОШ с.Росташи
Аркадакского района
Саратовской области.
Руководитель
Орлова Ольга Юрьевна,
учитель физики
МБОУ – СОШ с.Росташи
Аркадакского района
Саратовской области.
2018 г.
Содержание.
- Введение. ……………………………………………………………………………..
- Основная часть………………………………………………………………………. 2.1. Биомеханика. Развитие биомеханики как науки……………………………7 стр.
- Механические характеристики Кошки……………………………………….……..9 стр.
- Измерение средней и максимальной скорости кошки……………………..9 стр
- Измерение массы……………………………………………………………..10 стр.
- Измерение объема…………………………………………………………….11 стр.
- Измерение плотности…………………………………………………………12 стр.
- Измерение давление кошки на пол………………………………………….. 13 стр.
- Измерение силы тяги кошки…………………………………………………… 15 стр.
- Измерение мощности при движениях кошки………………………………… 16 стр.
- Заключение……………………………………………………………………………… 18 с
- Список источников и литературы……………………………………………………… 19 стр.
- Приложения.
- 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. Но ученые непрерывно продолжают изучение особенностей живой природы, которые позволяют машинам и механизмам не только устанавливать рекорды, но и работать и двигаться так же грациозно и бесшумно, как например кошке.
Физика – наука о природе. Кошка, как домашнее животное, частица этой природы. Таким образом, для кошки должны быть справедливы все законы физической науки. Какую роль физика играет в жизни кошки?
Наша работа посвящена изучению физических процессов и явлений в жизни кошки. Практически исследованы механические характеристики кошки: скорость, масса, температура, объем, плотность тела кошки, вес, давление кошки на опору, механическая работа и мощность. Работа имеет прикладной характер и позволяет создать «Биомеханический паспорт кошки Мурки».
Цель исследования:
Выявление возможности использования кошки, как объекта физических исследований и создание «биомеханического паспорта кошки Мурки».
Задачи:
- Познакомиться со специальной литературой.
- Посетить различные интернет-сайты, посвященные изучению кошек.
- Исследовать механические характеристики кошки (масса, скорость, объем, плотность, давление кошки на опору, механическую работу, мощность).
- Обобщить и систематизировать результаты исследования в виде буклета «Биомеханический паспорт кошки Мурки».
Методы исследования:
- Обзор литературы.
- Обзор информации по сети интернет.
- Исследование.
Объект исследования:
Кошка – Мурка – возраст 5 лет.
Гипотеза исследования:
Физика, как наука применима для изучения домашних животных.
Новизна исследования:
Измерения некоторых физических характеристик позволили создать методическое пособие для создания паспорта кошки.
Практическая значимость:
Заключается в том, что данный материал можно использовать на уроках физика в качестве домашних лабораторных работ, а также для создания паспорта кошки.
Актуальность исследования:
Все измерения апробированы на своей кошке Мурке.
- Основная часть.
- Биомеханика. Развитие биомеханики как науки.
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. Отсюда понятно, что биомеханика — это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ.
Истоками биомеханики были работы Аристотеля и Архимеда. Первые научные труды написаны Аристотелем (384—322 гг. до н. э.), которого интересовали закономерности движения наземных животных и человека. 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. Этот великий художник, математик, физик и инженер впервые высказал важнейшую для биомеханики мысль: «Наука механика потому столь благородна и полезна более всех прочих наук, что все живые тела, имеющие способность к движению, действуют по ее законам».
Р. Декарт (1596—1650) создал основу рефлекторной теории, представив, что основанием движений может быть конкретный фактор внешней среды, воздействующий на органы чувств. Объяснение данного факта является происхождение непроизвольных движений.
В дальнейшем большое влияние на развитие биомеханики оказал итальянец Д. Борелли (1608—1679) — врач, математик, физик. В своей книге «О движении животных» по сути он положил начало биомеханике, как отрасли науки. Он рассматривал организм человека как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с позиций механики. Большой теоретический вклад был сделан основоположником отечественной 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.
- Механические характеристики кошки.
Измерение механических характеристик кошки проводились по следующему алгоритму:
- Тема эксперимента.
- Цель эксперимента.
- Приборы и материалы, используемые в ходе эксперимента.
- Ход эксперимента.
- Таблица результатов.
- Вывод опыта.
- Измерение средней и максимальной скорости кошки.
Цель эксперимента: Измерить среднюю и максимальную скорости кошки.
Приборы и материалы: секундомер, рулетка, игрушки (мячик, мышка, бантик).
Ход эксперимента:
- При помощи рулетки измерим расстояние пройденное кошкой.
- При помощи секундомера измеряем время движения.
- Рассчитываем скорость по формуле V=S*t.
- Результат измерения вносим в таблицу.
- Рассчитываем среднюю скорость по формуле: V=Sвесь/tвсе.
|
Опыт |
S, м |
t, с |
V, м/с |
Vср, м/с |
Vср, км/ч |
V max, м/c |
V max, км/ч |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0,66 |
2,4 |
1 |
3,6 |
|
2 |
2 |
3 |
0,7 |
||||
|
3 |
3 |
5 |
0,6 |
Расчет скорости:
V1 =S2 /t1 =1:1=1м/c;
V2 =S2 /t2 =2:3=0,7м/c;
V3 =S3 /t3 =3:5=0,6м/c.
Расчет средней скорости:
Vср =Sвесь/tвсе = (1+2+3) / (1+3+5) = 6/9 = 2/3 = 0, 66 м/c = 0, 66 * 0,001 * 3600 = 2,376 км/ч = 2, 4 км/ч.
Вывод эксперимента. В результате исследования средняя скорость кошки равна 2,4 км/ч, максимальная – 3,6 км/ч.
По данным исследований во время бега домашняя кошка может делать рывки со скоростью до 50 км/ч. Скорость кошки Мурки составляет всего 7,2 % от максимально возможной скорости, которую может развивать кошка.
Максимальная скорость кошки
- Измерение массы кошки.
Цель эксперимента: Измерить массу кошки Мурки.
Приборы и материалы: весы.
Ход эксперимента:
- Измеряем массу кошки с помощью весов.
- Масса Мурки = 3кг.
- Результаты измерений вносим в таблицу.
|
Показания на весах |
Масса кошки, кг |
|
3 |
3 |
Вывод: Кошка в среднем весит 3- 5 кг. Масса Мурки соответствует среднестатистическим данным. Согласно книге рекордов Гиннеса масса самого большого кота 21 кг. Масса Мурки составляет 13 % данной массы.
Масса Мурки
- Измерение объема кошки.
Цель эксперимента: Измерить объем кошки.
Приборы и материалы: круглый таз с водой, измерительная лента, карандаш, линейка.
Ход эксперимента:
Измерения объема кошки будут состоять из 2 этапов. Измерение объема тела – как тела неправильной формы. Измерение объема головы из учета того, что форма головы приближена к окружности.
- Измерим диаметр таза d= 34 см.
- Нальем в таз воды. Отметим на боковой стенки таза уровень воды черточкой
h1=11 см.
- Опустим кошку в воду до уровня головы. Вода в тазу поднялась. Отметим
черточкой новый уровень воды h2=13,5 см.
- Вычислим высоту подъема воды h=h2-h1=13,5-11=2,5 см.
- Найдем объем вытесненной воды, а значит и объем тела кошки V1,без учета
головы. V 1 = S* h (основание на высоту). Так как основание таза окружность,
получаем V 1 = πR2* h = π(d/2)2* h= 3,14*(34/2)2*2,5= 2268,65см3 = 0,002270м3
- Измерим обхват головы с помощью измерительной ленты l=30 см.
- Рассчитаем объем головы кошки по формуле V 2= 4/3 π R3. Радиус
окружности головы кошки найдем из формулы длины окружности l=2πR,
отсюда следует, что R=l/2π. Итоговая формула примет вид V 2= 4/3 π
(l/2π)3=451см3=0,000451м3.
- Объем кошки Мурки находим сложением объема тела и объема головы
V = V 1+V 2 =2268+451=2719см3=0,002719м3.
- Данные заносим в таблицу.
|
диаметр таза d,см |
Высота подъема воды h,см |
Объём вытесненной воды V1, см3 |
Обхват головы l, см. |
Объём головы V 2, см3 |
Объём тела кошки V, см3 |
|
34 |
2,5 |
2268,65 |
30 |
451 |
2719 |
Вывод эксперимента. Объем кошки Мурки составляет 0,002719 м3.
- Измерение плотности кошки.
Цель эксперимента: Измерить плотность кошки.
Приборы и материалы: данные предыдущих измерений.
Ход эксперимента.
- Плотность рассчитывается по формуле р =m/V.
- Данные вносим в таблицу.
|
Масса, кг |
Объем, м3 |
Плотность, кг/м3 |
|
3 |
0,002719 |
1071 |
- Используя данные таблицы, рассчитываем плотность
р =m/V=3/0,0028= 1071кг/м3.
Вывод эксперимента. Плотность Мурки равна 1071кг/м3 . Она близка к плотности воды 1000 кг/м3.
- Измерение давления Мурки на опору (пол).
Цель эксперимента: Измерить давление кошки 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 кошки на ускорение
свободного падения.
- F тяж = gm=3*10=30 H , где F тяж – сила тяжести; g – ускорение свободного
падения, равное 9,8 Н/кг; m – масса кошки. Значение массы кошки возьмем из
2 исследования.
- Площадь опоры кошки (S) определяем следующим образом. Поставим кошку
на лист клетчатой бумаги и обведем контур той части, на которую опирается
кошка. Сосчитаем количество квадратиков и умножим на площадь одного
квадратика (1/4 см2 ) . Данные занесем в таблицу.
|
Число квадратов |
Площадь опоры, см2 |
Площадь опоры, м2 |
|
|
Положение стоя |
47 |
11,75 |
0, 0012 |
|
Положение сидя |
1876 |
469 |
0, 0469 |
|
Положение лежа |
8688 |
2172 |
0, 2172 |
S1 = 47*0, 25 см2= 11, 75см2=0, 0012 м2
S2 = 1876*0,25см2= 469см2= 0, 0469 м2
S3 = 8688*0,25см2=2172см2= 0, 2172 м2
- Рассчитаем давление оказываемое кошкой на пол, данные внесем в таблицу.
|
Давление на пол, Па |
Давление на пол, кПа |
|
|
Положение стоя |
2500 |
2,5 |
|
Положение сидя |
64 |
0,064 |
|
Положение лежа |
13,6 |
0,0014 |
P1 = 3 Н / 0, 0012 м2 = 2500 Н/ м2 ≈ 2500 Па = 2, 5 кПа
P2 = 3 Н / 0, 047 м2 = 64 Н/ м2 ≈ 64 Па = 0,064 кПа
P3 = 3 Н / 0, 22 м2 = 13, 6 Н/ м2 ≈ 13, 6 Па = 0, 0014 кПа
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 кошкой на пол максимально в положении стоя. Минимальное давление кошка оказывает в положение лежа. Как показывают результаты исследования, чем меньше площадь, тем больше давление на опору.
- Измерение силы тяги кошки.
Цель эксперимента: Измерить среднюю силу тяги кошки.
Приборы и материалы: школьный демонстрационный динамометр, ошейник, поводок.
Ход эксперимента.
- На кошку надеваем ошейник, к нему крепим поводок и прикрепляем динамометр.
- Удерживая динамометр, замеряем максимальные показания прибора при: беге кошки за приманкой, за бантиком, на клич хозяина, на стук дверью. Данные записываем в таблицу.
|
№ опыта |
Сила тяги кота, Н |
Средняя сила тяги кота, Н |
|
Бег за приманкой |
2,2 |
2,1 Н |
|
Бег за бантиком |
1,8 |
|
|
Бег на клич хозяина |
3,2 |
|
|
Бег на стук дверью |
1,2 |
Fсредняя = (1, 2+1, 8+3, 2+1, 2) / 4 = 8, 4/4=2,1Н.
Вывод эксперимента. Наибольшую силу тяги кошка развивает на клич хозяина.
- Измерение мощности при движениях кошки.
Цель эксперимента: Измерить механическую работу, мощность при движениях кошки.
Приборы и материалы: данные предыдущих опытов.
Ход эксперимента.
- Механическую работу кошки при движениях будем рассчитывать по следующей формуле N=A/t. Так как А=FS, получаем N=FS/t. Учитывая, что S/t=v, получим N=F*v. То есть мощность будем рассчитывать как произведение силы тяги на среднюю скорость.
- Заносим значение средней силы тяги и средней скорости в таблицу.
|
Средняя сила тяги, Н |
Средняя скорость, м/с |
Мощность кота при движении, Вт |
|
2,1 Н |
0,66 |
1,4 |
- Рассчитываем значение мощности, используя данные таблицы.
N=F*v=2, 1*0, 66=1, 4 Вт.
Вывод эксперимента. Мы видим, что мощность кошки при движениях меньше, чем мощность кошки при подъеме вверх по деревьям, и составляет 7%.
Мощность кошки.
- Заключение.
Кошка доставляет человеку большое эстетическое удовольствие. Помимо этого ее можно рассматривать, как интереснейший объект физических исследований.
Наша работа имеет практическую направленность. Измерения, полученные в ходе работы, позволили создать паспорт кошки Мурки (Приложение №1). В ходе исследований нами создана инструкция по составлению паспорта домашнего животного. Ее можно использовать для создания паспорта кошек, собак, хомяков, кроликов, домашних крыс и т.д..
Выбранная нами тема оказалась очень увлекательной. Хотелось бы продолжить исследования кошки. Особый интерес представляет способность кошек видеть в темноте, слышать звуковые волны в ультразвуковом диапазоне, электризация кошек, оказывающая лечебное и успокаивающее действие, приземление кошек на четыре лапы при падении. В дальнейшем хотелось бы найти ответы на волнующие вопросы.
- Список источников и литературы.
- Яворский Б.М. Физика. Механика. М.: Дрофа, 2002, 320 с.
- Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение, 1998, 128 с.
- 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.
- http://russtil1.narod.ru/utkin1.html.
- http://i-fact.narod.ru/cats.html.
- http://q99.it/8AmgU0p.
- Приложение
Приложение №1.
|
Измерение средней и максимальной скорости животного |
|||||||||||||||||||||||||
V1 =S2 /t1 V2 =S2 /t2 V3 =S3 /t3 Расчет средней скорости: Vср =Sвесь/tвсе |
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение массы животного |
|||||||||||||||||||||||||
Ц. д. =(10-5)/10=0, 5 кг.
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение объема животного |
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерения объема питомца будут состоять из 2 этапов. Измерение объема тела – как тела неправильной формы. Измерение объема головы из учета того, что форма головы приближена к окружности.
V 2= 4/3 π (l/2π) 3.
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение плотности животного |
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение давления животного на опору (пол) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
Измерение механической работы и мощности животного при подъеме (например, по дереву) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение силы тяги животного |
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Измерение мощности при движениях животного |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
Средняя сила тяги, Н |
Средняя скорость, м/с |
Мощность при движениях, Вт |
Приложение №2.
Паспорт кошки Мурки.
|
Паспорт кошки Мурки
|
Изготовили: Петрунина Анна, Орлова Татьяна |
||
|
Средняя скорость кошки |
2,4 км/ч |
90 Дж |
Работа, совершаемая кошкой при подъеме по дереву 3 м |
|
Максимальная скорость |
3,6 м/ч |
||
|
Масса кошки Мурки |
3кг |
||
|
Объем кошки Мурки составляет |
0,002719 м3 |
18Вт |
Мощность, совершаемая кошки при подъеме по дереву высотой 3 м |
|
Плотность Мурки равна |
1071кг/м3 |
||
|
Давление кошки на опору в положении стоя |
2500 Па |
2,1 Н |
Средняя сила тяги кошки |
|
3,2 Н |
Наибольшая сила тяги (на клич хозяина ) |
||
|
Давление кошки на опору в положении лежа |
13,6 Па |
||
|
Давление кошки на опору в положении сидя |
64 Па |
1,4 Вт |
Мощность кошки при движении |
