Исследовательская работа по физике «Исследование зависимости давления твердых тел от сил давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления»

Исследовательская работа по физике 

«Исследование зависимости давления твердых тел от сил давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления»

Актуализация: В 7 классе  мы выполняли задание по расчету давления, которое производит человек , стоя на одной ноге. Задание интересное , познавательное и имеет большое практическое значение в жизни человека. Мы решили изучить этот вопрос.
Гипотеза: давление твердых тел зависит от силы давления и от площади поверхности, на которую действует сила давления. Это оказывает также влияние и на здоровье человека.

Цель: исследовать зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления и выяснить зависимость давления от высоты каблука обуви.

Использовали:

обувь с разной площадью подошвы;

бумага в клетку;

фотоаппарат.

Задачи:

 1.Рассмотреть основные понятия темы.

2.Оценить зависимость давления от силы давления и площади поверхности, на которую действует сила давления .

3.Оценить зависимость давления от высоты каблука обуви .

4.Определить способ, которым можно выявить плоскостопие .

В процессе работы использовались  следующие методы исследования:

1.теоретические (моделирование, проведение аналогий,  сравнительного анализа, обобщение)

2. эмпирические (проведение   эксперимента).

3. математические (метод визуализации данных)            

Введение.

Что такое давление? Давление - это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Единица давления – Паскаль (Па).

Используя также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа)

1 кПа = 1000 Па 1 Па = 0,001 кПа

1 гПа = Па 1 Па = 0,01 гПа

Методика вычисления площади тел неправильной формы такова:

- подсчитываем количество квадратов целых,

- подсчитываем количество квадратов известной площади не целых и делим пополам,

-суммируем площади целых и нецелых квадратов

Для этого я с помощью карандаша обвела края подметки и каблука; посчитала число полных (В) и неполных клеток (С) и определила площадь одной клетки (Sк);
  S1 = (В + С/2) · Sк

. 758 х1/4см2= 129, 5 см2 - S опоры

129,5см2 = 0,01295 м2

Организация опыта №1

Цель: определить зависимость давления твердого тела от силы давления при неизменной площади опоры.

Для того чтобы выполнить задачу исследования мы измерим массу исследуемого ученика, а затем измерим массу ученика с рюкзаком в 1,3,5 кг на электронных весах, не меняя его площадь опоры.

Кстати, вес ранца с учебным комплектом не должен превышать
1-2 классы 1,5 кг
3-4 классы 2,5 кг
5-6 классы 3 кг
7-8 классы 3,5 кг
9-11 классы 3,5-4 кг

1. P =Fg/S=400H/0,0295 м2=13559,3 н/м2

2. P =Fg/S=410H/0,0295 м2=13898,3 н/м2

3. P =Fg/S=430H/0,0295 м2=14576,3 н/м2

4. P =Fg/S=450H/0,0295 м2=15254,2 н/м2

Построив график зависимости давления твердого тела от силы давления, сделали вывод.

Вывод: давление твердого тела на опору с увеличением силы давления увеличивается. 

Организация опыта №2

Цель: определить зависимость давления твердого тела от площади опоры.

Вычислим площадь, не меняя массы:

- одной ступни ученика в обуви;

- площадь опоры на 2-х ногах;

- площадь ученика лежа (допущение – масса распределена равномерно).

-Площадь одной ступни в обуви S =129,5 см2= 0,01295 м2,

Давление на одной ноге: Р=400Н:0,01295 м2=27118,6Па

-Площадь двух ступней в обуви S = 259 см2= 0,0259м2

Давление на двух ногах: Р=400Н:0,0295 м2=13559,3Па

-Площадь ученика лежа.

Разделив для удобства и быстроты вычисления площадь опоры лежачего ученика на 5 частей

Суммарная площадь лежащего ученика: S = 3435 см2 =0,3435 м2

Давление лежа: Р=400Н: 0,3435 м2=1164Па

Построив график зависимости давления твердого тела от площади опоры, сделали вывод.

Вывод: с увеличением площади опоры твердого тела при неизменной силе давления давление тела на опору уменьшается

Выводы:

Чем больше масса ученика, тем больше сила давления, тем больше давление, производимое телом на опору (пол). Между силой давления и давлением тела существует прямая зависимость.

Чем больше площадь опоры тела при неизменной массе (силе давления), тем меньше давление, оказываемое телом на опору. Между давлением и площадью опоры тела существует обратная зависимость.

Организация опыта №3

Цель: Рассчитать давление, создаваемое на стопу в зависимости от площади подошвы обуви, а значит и от высоты каблука

Широкий каблук – 2 см

≈ 56 000 Па

Толстый каблук – 10 см

≈ 70000 Па

Шпилька – 10 см

≈ 94000 Па

По расчетам ученых при ходьбе это давление еще увеличивается более чем в два раза!!!

≈108888 Па

В результате исследования увидели, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору. А также что давление, оказываемое на стопу в обуви на высокой шпильке высотой 10 см, почти в два раза превышает давление, оказываемое на стопу в обуви на маленьком каблуке высотой 2 см и сравнимо с давлением, которое оказывает гусеничный трактор на почву.

Слон давит на 1 квадратный сантиметр поверхности в 25 раз с меньшим весом, чем женщина на 13 сантиметровом каблуке.

Потом представили что будет, если женщина массой 70 кг случайно наступит кому-нибудь на ногу своим каблучком или своей шпилькой. Площадь на которую при этом опирается женщина, будет равна для каблучка Sк = 4 см2 = 0,0004 м2 и для шпильки Sш = 1 см2 = 0,0001 м2.

В результате измерений пришли к выводу, что давление, оказываемое одной шпилькой приблизительно равно давлению, которое оказывают 137 гусеничных тракторов, а давление каблука оказалось в 4 раза меньше давления шпильки на горизонтальную поверхность. Так что берегите свои ноги от чужих каблуков.

Каблуки – главнейшая причина возникновения плоскостопия у женщин

При ношении каблуков происходит повышение и смещение ближе к оси тела центра тяжести, что приводит к усилению нагрузки на передний отдел стопы и подворачивание стопы внутрь. Поэтому чем меньше каблук, тем лучше.

При развитии плоскостопия снижается важнейшая функция стоп - смягчение ударных нагрузок при быстрой ходьбе, беге, прыжках. Впоследствии появляются трудности с долгим стоянием в одной позе, а также нарушается плавность походки.

Отказываться полностью от каблуков тоже нельзя, даже при диагнозе плоскостопии. Если у вашей обуви отсутствует высота, многие любят носить балетки, кеды, мокасины — у вас также повышаются шансы к развитию плоскостопия и можно так же попасть к ортопеду.

Получается противоречие, какое-то, не так ли? Высокую обувь носить нельзя, кеды, балетки тоже. Можно и нужно носить обувь на каблуке, а идеальным вариантом в исчислении каблука станет формула, с помощью которой вычисляется его высота: Надо измерить длину стопы в сантиметрах и разделить её на семь.

Простой и надежный способ, которым можно выявить плоскостопие, следующий. Обильно смажьте жирным кремом поверхность стопы . Встаньте на белый лист бумаги. Лучше смазать сразу обе стопы, чтобы можно было стоять прямо, ни на что не опираясь. Только в этом случае вы получите объективный результат. Образовавшиеся отпечатки внимательно изучите.