Механика сердца

МЕХАНИКА СЕРДЦА

Автор: Мякинин Владимир, учащийся 8а класса,

Наставник: Борцова Елена Владимировна,

учитель физики МБОУ СШ № 30

г. Дзержинск

2022 г.

Оглавление

Введение.

Сердце – главный орган в системе кровообращения. В Древнем Китае верили, что сердце участвует в пищеварении, древние египтяне, индейцы, греки и арабы полагали, что сердце – вместилище душ.

Сердце… Даже происхождение этого слова говорит о положении этого органа в нашем организме. Сердце, сердцевина, середина - все это однокоренные слова. Еще первобытный человек, разделывая туши животных, наверняка обращал внимание на находящийся в середине груди мышечный мешок, который мог ритмически сокращаться в течение нескольких минут в теле бездыханной жертвы.

Самым главным центром нашей жизни на протяжении веков является сердце. Оно может пульсировать самостоятельно безо всякой связи с мозгом и делает 10 000 ударов в день и примерно 40 миллионов ударов в год. В зародыше оно начинает формироваться раньше мозга. Ученым до сих пор не известно наверняка, что вызывает это самовозникающее сердцебиение.

Сердце - это пульт управления нашего тела. Бьётся оно днём и ночью, а мы даже не задумываемся над этим. Здоровье человека во многом зависит от нормальной работы сердца. Именно поэтому исследование работы сердца пациента – важная часть медицинского осмотра.

Кажущаяся одновременность смерти и остановки сердца стала, по-видимому, причиной того, что сердце человека начали отождествлять с его душой. Поэтому в одном из самых ранних литературных памятников, дошедших до нас, - Одиссее Гомера - мы можем уже найти словосочетания скорбеть сердцем, наполнить сердце отвагой, желание сердца и т. д.

Актуальность

В последние годы смертность от сердечно – сосудистых заболеваний в России увеличивается, при этом наиболее значительное увеличение смертности отмечено в самых активных возрастных группах 20-59 лет. Большинство заболеваний сердечно-сосудистой системы ученые и врачи связывают с нарушениями в работе сердца, и так называемыми «факторами риска», влияющими на правильное его функционирование. Начав изучать физику, я задумался над тем, как же работает сердце и какие физические процессы в нем протекают.

Цель

Изучение зависимости некоторых параметров работы сердца от физических показателей человека на основе межпредметных связей: физика + биология.

Задачи исследования

Рассмотреть строение и механизм работы сердца человека.

Объяснить принципы работы сердца на основе законов физики.

Изучить некоторые параметры работы сердца членов моей семьи.

Исследовать, каким образом физические нагрузки влияют на работу сердца человека.

Изучить особенности работы сердца домашних животных.

Составить памятку для тренировки сердца.

Предмет исследования – физические характеристики сердца и влияние на его работу различных факторов.

Объект исследования – сердце человека и его работа.

Методы

Изучение научной литературы по данной теме.

Проведение опытов: тестирование сердца (ЭКГ), исследование частоты сердечных сокращений (до и после нагрузки) и мощности работы сердца (до и после нагрузки).

Гипотеза

Предполагаю, что все мои знакомые имеют здоровое сердце.

Обоснование гипотезы

Известно, что у человека, ведущего активный образ жизни, и при отсутствии у него хронических заболеваний сердца, вредных привычек, лишнего веса показатели работы сердца находятся в пределах возрастной нормы, следовательно, сердце считается здоровым.

2.Теоретическая часть

2.1. Строение сердца

Сердце располагается в грудной полости сразу позади грудины. В левой половине грудной полости находится две трети сердца, а одна треть лежит справа. Масса сердца взрослого человека составляет примерно 1/200 массы тела – около 300г. Широкое основание сердца направлено вверх и назад, а суженная верхушка – вниз, вперёд и влево. Сердце состоит из четырёх отдельных полостей, называемых камерами: левое предсердие, правое предсердие, левый желудочек, правый желудочек. Они разделены перегородками. В правое предсердие входят полые, в левое предсердие — лёгочные вены. Из правого желудочка и левого желудочка выходят, соответственно, лёгочная артерия и восходящая аорта (рис. 1).

2.2. Автоматия сердца

Сердце — это полый мышечный орган, который обеспечивает кровообращение. Сокращения сердца происходят вследствие периодически возникающих в сердечной мышце (миокарде) процессов возбуждения.

Автоматия сердца – это его способность к ритмическому сокращению без всяких видимых раздражений под влиянием импульсов, возникающих в самом органе.

Способностью к автоматии обладают определенные участки миокарда. Специфическая мускулатура образует в сердце проводящую систему.

П омимо специфической ткани, в миокарде сердца есть и неспецифическая мышечная ткань. По строению она сходна с поперечнополосатой скелетной мышечной тканью и образует рабочую часть миокарда.

Проводящая система сердца представлена тремя узлами — водителями ритма (рис. 2): синусно-предсердный, или синоатриальный, узел расположен в стенке правого предсердия в устье полых вен; предсердно-желудочковый узел, атриовентрикулярный узел, расположенный в нижней трети правого предсердия и межжелудочковой перегородке; от этого узла берет начало предсердно-желудочковый пучок (пучок Гиса), прободающий предсердно-желудочковую перегородку и делящийся на правую и левую ножки, следующие в межжелудочковой перегородке. В области верхушки сердца ножки пучка Гиса загибаются вверх и переходят в сеть сердечных проводящих миоцитов (волокна Пуркинье), погруженных в рабочий (сократительный) миокард желудочков. Проводящая система сердца, как уже говорилось, обладает автоматией.

Автоматизм является результатом работы проводящей системы сердца, которая выполняет две функции: она является внутрисердечным генератором ритма сердца и проводит возбуждение по сердцу, определяя последовательность сокращения предсердий и желудочков.

Обладая собственным автоматизмом, сердце может работать даже после смерти организма. Известный врач эпохи Возрождения Андрей Везалий, однажды вскрывал труп женщины в присутствии большого количества учеников для выяснения причины ее смерти. Все увидели, что сердце еще сокращается, хотя по остальным признакам женщина была мертва. Инквизиция осудила Везалия за вскрытие живого человека, приговорив его к смертной казни, правда, потом смертная казнь была заменена паломничеством к святым местам. 

Сердце может работать извлеченным из тела, и при соблюдении определенных условий сохранять свою работоспособность в течение многих часов.

2.3. Работа сердца.

О сновная функция сердечно-сосудистой системы – транспортная. Сердце выполняет в этой функции главную роль - роль насоса.

Из крови в органы и ткани поступают кислород и питательные вещества: белки, жиры и углеводы; из тканей в кровь всасываются углекислота и ненужные организму продукты обмена. Затем кровь по венам направляется к правому предсердию и через правый желудочек и легочную артерию — в легкие. Путь прохождения крови от левого желудочка до правого предсердия носит название большого круга кровообращения. Из легких кровь, освободившись от углекислоты и обогатившись кислородом, поступает в левое предсердие. Путь движения крови от правого желудочка через легкие до левого предсердия носит название малого круга кровообращения. В местах отхождения аорты и легочной артерии от желудочков также имеются клапаны, которые открываются вовнутрь сосудов. (Рис.3)

Работа сердца слагается из ритмического и последовательного сокращения (систолы) и расслабления (диастолы). Движение крови по сосудам происходит в основном за счет сокращения желудочков. Поистине, необыкновенна активность нашего кровяного насоса, отличнейшим образом приспособленного к потребностям организма. Разумеется, сердце не всегда работает с одинаковой интенсивностью. Оно отдыхает. Его сокращения чередуются с моментами передышки. Вся кровь человеческого организма — около 6 литров — проходит через сердце за одну минуту. Сердечный насос весом всего 350 граммов мог бы наполнить до краев бочку емкостью 100 гектолитров за одни сутки. Сердце здорового человека сокращается в покое 70—75 раз в минуту. Мощность сердечного насоса увеличивается в 6—10 раз, когда человек испытывает физическое или психическое напряжение, то есть когда сердцебиение учащается. Человеческое сердце в норме работает 8 часов, а отдыхает 16 часов в сутки. Чем быстрее бьется сердце, тем короче время отдыха. Сила сердечных сокращений зависит от состояния мышечных волокон и от регулирующего влияния нервной системы. Весь цикл работы сердца от одного сокращения до другого составляет 0,9 секунды.

Представление о том, что сердце работает без передышки, не совсем верно. Сердечная мышца тоже отдыхает и даже довольно часто, но только в течение очень коротких периодов времени. Сокращение длится около 0,49 с и, если человек в это время находится в покое, после каждого сокращения наступает перерыв на 0,31 с. На самом деле время отдыха еще больше, т.к. не все отделы сердца работают одновременно.

При физической нагрузке усиленно работающие мышцы нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, а также в более быстром удалении про­дуктов обмена веществ. И то, и другое дости­гается благодаря тому, что в мышцы притекает больше крови и скорость тока крови в крове­носных сосудах увеличивается. Кроме того, кровь в легких больше насыщается кислородом. Все это возможно только потому, что значитель­но усиливается работа сердца и легких.

Когда мы находимся в покое, сердце выбра­сывает в аорту около 5 л крови в течение ми­нуты. При интенсивном физическом напряже­нии, например, во время бега, при преодолении полосы препятствий и т. п., пульс учащается с 60—70 до 120—200 ударов в минуту, количе­ство выбрасываемой сердцем за 1 минуту крови увеличивается до 10—20 и даже до 40 л. Дав­ление крови в артериях возрастает со 120 до 200 мм ртутного столба.

У тренированных людей сердце легче при­спосабливается к новым условиям работы, а после окончания физических упражнений бы­стрее возвращается к нормальной деятельности. Число сокращений тренированного сердца меньше, а, следовательно, пульс реже, но зато при каждом сокращении сердце выбрасывает в артерии больше крови.
При более редких сокращениях сердца созда­ются более благоприятные условия для отдыха сердечной мышцы. Работа сердца и кровенос­ных сосудов в результате тренировки становит­ся экономичнее и лучше регулируется нервной системой.

Работа – это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. Механическая работа совершается только тогда, когда на тело действует сила, и оно движется. Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

Работа = сила × путь или A=Fs, где А – работа, s – пройденный путь, F-сила. За единицу работы принимают работу, совершаемую силой в 1Н на пути, равном 1м. Единица работы – джоуль (Дж) названа в четь английского ученого Джеймса Джоуля. 1 Дж=1Н×1м. Формула A=Fs применима в том случае, когда сила постоянна и совпадает с направлением движения тела. На совершение одной и той же работы разным двигателям требуется разное время. Быстроту выполнения работы характеризуют величиной, называемой мощностью. Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.

Мощность= или N= , где А – работа, t – время совершения работы. За единицу мощности принимают такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в 1 Дж. Эту единицу называют ваттом (Вт) в честь английского ученого Джеймса Уатта. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией. Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией. Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия. Для того, чтобы определить кинетическую энергию тела, применяют формулу: Ek= , где m –масса тела, v – скорость движения тела. Работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии тела. Так как изменение кинетической энергии равно работе силы, кинетическая энергия выражается в тех же единицах, что и работа, т.е. в джоулях. Если начальная скорость движения тела массой m равна нулю и тело увеличивает свою скорость до значения v, то работа силы равна конечному значению кинетической энергии тела: А=Ек2- Ек1= -0= . Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v, равна работе, которую должна совершить сила, действующая на покоящееся тело, чтобы сообщить ему эту скорость.

2.3.1. ЭКГ

Электрокардиография — методика регистрации и исследования электрических полей, образующихся при работе сердца. Для измерения разности потенциалов на различные участки тела накладываются электроды. Так как плохой электрический контакт между кожей и электродами создает помехи, то для обеспечения проводимости на участки кожи в местах контакта наносят токопроводящий гель. Ранее использовались марлевые салфетки, смоченные солевым раствором.

Электрокардиограф — это медицинский прибор, который записывает параметры деятельности сердца при помощи датчика, который преобразует сигнал в систему для регистрации. Современный электрокардиограф компактен и отличается от старых громоздких машин тем, что все операции проводятся через электронную вычислительную систему компьютера. Также производителями гарантируется безопасность и защита от помех, что делает исследование сердца, главного органа человека, наиболее эффективным.

Первые электрокардиографы записывали результаты на фотоплёнке, потом появились чернильные самописцы. Сейчас, в основном, электрокардиограмма (ЭКГ) записывается на термобумаге.

Основные задачи электрокардиографии:

Своевременное определение нарушений ритмичности и частоты сердечных сокращений (выявление аритмий и экстрасистол).

Определение острых (инфаркт миокарда) либо хронических (ишемия) органических изменений сердечной мышцы.

Выявление нарушений внутрисердечных проведений нервных импульсов.

Определение некоторых острых и хронических легочных заболеваний.

Выявление электролитных (уровень калия, кальция) и иных изменений миокарда (дистрофия, гипертрофия (увеличение толщины сердечной мышцы)).

Косвенная регистрация воспалительных заболеваний сердца.

П роведение электрокардиографии. При записи кардиограммы пациент лежит на спине на горизонтальной поверхности, руки вытянуты вдоль туловища, ноги выпрямлены и не согнуты в коленях, грудь обнажена. К лодыжкам и запястьям крепятся по одному электроду согласно общепринятой схеме: к правой руке – красный электрод; к левой руке – желтый; к левой ноге – зеленый; к правой ноге – черный. Затем на грудную клетку накладывается еще 6 электродов. После полного подключения пациента к аппарату ЭКГ производится процедура записи, которая на современных электрокардиографах длится не более одной минуты. В некоторых случаях медработник просит пациента вдохнуть и не дышать на протяжении 10-15 секунд и проводит в это время дополнительную запись. В конце процедуры на ЭКГ-ленте указывается возраст, Ф.И.О. пациента и скорость, на которой снята кардиограмма. Затем специалистом проводится расшифровка записи.

Расшифровка ЭКГ.

Отдельные ее элементы — зубцы и интервалы — получили специальные наименования: зубцы Р, Q, R, S, Т; интервалы Р, PQ, QRS, QT, RR; сегменты PQ, ST, TP, характеризующие возникновение и распространение возбуждения по предсердиям (Р), межжелудочковой перегородке (Q), постепенное возбуждение желудочков (R), максимальное возбуждения желудочков (S), реполяризацию желудочков (S) сердца. Зубец P отражает процесс деполяризации обоих предсердий, комплекс QRS - деполяризацию обоих желудочков, а его длительность — суммарную продолжительность этого процесса. Сегмент ST и зубец Г соответствуют фазе реполяризации желудочков. Продолжительность интервала PQ определяется временем, за которое возбуждение проходит предсердия. Продолжительность интервала QR-ST - длительность «электрической систолы» сердца; она может не соответствовать длительности механической систолы (Рис.4).

2.3.2. Частота сердечных сокращений и пульс.

Частота сердечных сокращений человека, также известная как пульс, означает количество ударов сердца в минуту.

Между частотой сердцебиения и пульсом есть некоторая разница, несмотря на то, что они обладают одним и тем же значением: 

Отличия между такими медицинскими показателями, как пульс и частота сердечных сокращений - исключительно технические. Пульс - это количество импульсов крови, возникающих в артериях за определенный период времени, размеренное колебание стенок сосудов, а частота сердечных сокращений - это число ударов сердца за тот же промежуток времени.

Частоту сердечных сокращений человека можно измерить на следующих участках:

- Плечевая артерия – под бицепсом или внутри локтя

- Брюшная аорта – над животом

- Верхушка сердца – положите руку или пальцы на грудь

- Базилярная артерия – сбоку головы, возле уха

- Дорсальная артерия – середина или тыльный отдел ступни

- Поверхностная височная артерия – висок

- Лицевая артерия – боковой край нижней челюсти

- Бедренная артерия – пах

- Задняя большеберцовая артерия – за медиальной лодыжкой

Частота сердечных сокращений зависит от нескольких факторов, таких как:
- Уровень физической активности во время измерения.
- Уровень физической подготовки.
- Положение тела – стоя, сидя, лежа и т.д.
- Психическое и/или эмоциональное состояние – возбуждение, гнев, страх, волнение и другие факторы, которые способны увеличить частоту сердцебиений.
- Размеры тела.
- Прием некоторых препаратов.

Продолжительность жизни зависит от частоты сердцебиения не только у человека, но и вообще у всех, у кого есть сердце.

Исследование пульса. Пульсом называются толчкообразные колебания стенок артерий, вызванные движением крови, которая выбрасывается сердцем во время сокращений. Общепринятое место прощупывания пульса — лучевая артерия. Можно прощупывать пульс на височных и бедренных артериях. Техника исследования пульса на лучевых артериях следующая: кисть больного свободно захватывают рукой в области лучезапястного сустава, при этом большой палец располагают на локтевой кости, а четыре остальных на лучевой артерии. Нельзя исследовать пульс одним пальцем, так как в этом случае трудно оценить характер пульса. Подсчет пульсовых ударов должен производится не менее чем в течение 30 с и полученную цифру умножают на два. Учащение пульса называется тахикардией, которая обычно больными ощущается как сердцебиение. Редкий пульс называется брадикардией.

Ритм пульса оценивают по результатам следующих друг за другом пульсовых волн. Если пульсовые волны появляются через одинаковые промежутки, говорят о ритмичном пульсе и аритмичном, когда промежутки между волнами различны. Аритмию больные обычно ощущают как перебои в сердце.

Наполнение пульса определяется количеством крови, которое выбрасывается сердцем в аорту. Если объем крови достаточен, прощупывается полный пульс, если объем крови мал, то пульс будет малого наполнения, определяется с трудом.

Напряжение пульса зависит от высоты артериального давления.

Степень напряжения пульса определяется надавливанием на артерию, чем больше силы нужно затратить, чтобы прекратить в ней ток крови, тем выше напряжение пульса. При тяжелой сердечно-сосудистой недостаточности нередко наблюдается такое изменение пульса, когда сочетается большая частота пульса и очень плохое наполнение и напряжение. Такой пульс удается прощупать с трудом, он называется нитевидным.

2.3.3. Давление

Давление — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. 

Артериальное давление крови(кровяное давление) –давление, которое кровь оказывает на стенки кровеносных сосудов, иначе говоря, превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным. Один из показателей жизненно важных функций и биомаркеров.

С возрастом в организме человека происходят необратимые процессы, которые и провоцируют рост давления на протяжении всей жизни. Чем старше человек, тем выше показатели его артериального давления.

Верхнее число — систолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент, когда сердце сжимается и выталкивает кровь в артерии.

Нижнее число — диастолическое артериальное давление, показывает давление в артериях в момент расслабления сердечной мышцы.

Артериальное давление зависит от:

1) притока крови в артериальную систему;

2) эластичности сосудистых стенок;

3) вязкости крови и т.д.

При увеличении сердечного выброса и неизменном сосудистом сопротивлении артериальное давление повышается, а при снижении сердечного выброса – снижается.

Показатель артериального давления

Показатель артериального давления прямо пропорционален сердечному выбросу и общему периферическому сопротивлению:

, где P – артериальное давление; Q – сердечный выброс; R – общее периферическое сопротивление

Сердечный выброс является ценнейшим показателем гемодинамики и основан обычно на использовании формулы Фика:

Наиболее легко в измерении артериальное давление. Его можно измерить с помощью прибора сфигмоманометра (тонометра). Именно оно и подразумевается обычно под кровяным давлением. Стандартным методом измерения артериального давления является метод Короткова, осуществляемый при помощи неавтоматического сфигмоманометра и стетоскопа.

С тех пор слышимые в фонендоскопе удары называются во всем мире звуками Короткова.

Природа этих звуков оставалась неясной почти до конца 20-го века, пока механики не предложили следующее объяснение: как известно, кровь движется по артерии под действием сокращений сердца. Изменение давления крови, вызываемое сокращением сердца, распространяется по стенкам артерии в виде пульсовой волны.

Значение давления в «гребне» волны (при сокращении сердца) – это и есть «верхнее» давление крови, а во «впадине» (при расслаблении сердца) – «нижнее». Сначала врач накачивает воздух в манжету до давления, превышающее «верхнее» кровяное давление. При этом артерия под манжетой сплющена в течение всего цикла сердечных сокращений. Затем воздух постепенно выпускают из манжеты и, когда давление в ней становится равно «верхнему» давлению крови, артерия хлопком расправляется и пульсации крови, вызываемые сокращениями сердца, приводят в колебание окружающие ткани на поверхности руки. При этом врач слышит звук и отмечает значение «верхнего» давления крови. При дальнейшем понижении давления в манжете, каждый раз, когда оно будет совпадать с давлением крови, в фонендоскопе будут слышны звуки. Но после того, как давление воздуха в манжете достигнет «нижнего» значения кровяного давления, артерия окончательно расправляется и звуки исчезают. Поэтому врач регистрирует «нижнее» значение давления крови по последнему удару.

Вот таким образом физики-механики объяснили, что звуки Короткова прослушиваются только тогда, когда давление воздуха в манжете меняется от «верхнего» до «нижнего» значений давления крови.

Современные цифровые полуавтоматические тонометры позволяют ограничиться только набором давления (до звукового сигнала), дальнейший сброс давления, регистрацию систолического и диастолического давления, иногда — пульса и аритмии, прибор проводит сам. Автоматические тонометры сами закачивают воздух в манжету, иногда они могут выдавать данные в цифровом виде, для передачи на компьютер или др. приборы.

3.Практическая часть

Опыт №1: Кардиограмма человека.

Условия: кардиография была выполнена врачом-кардиологом Удаловой Ириной Борисовной в Поликлинике №3 г. Дзержинска, 27 декабря 2018 г. (Приложение 1)

Таблица 1

Расшифровка результатов кардиографии

Вывод:

ЭКГ показала, что у всех моих знакомых показатели работы сердца в норме, за исключением частоты сердечных сокращений у Дарьи и Василисы, которая немного больше, что говорит о возможном заболевании сердца-тахикардии.

Опыт №2: Кардиограмма кота и собаки.

Условия: кардиография была выполнена врачом-кардиологом Макеевой Татьяной Анатольевна в ветеринарной клинике КотоПёсиЯ г. Дзержинска, 8 января 2019 г. (Приложение 2)

Таблица 2

Расшифровка результатов кардиографии

Вывод:

Все параметры работы сердца моих домашних животных в норме. Это означает, что сердце моих четвероногих друзей здоровое.

Опыт №3: Определение ЧСС.

Условия: Положили руку ладонью вверх. Приложили два пальца к запястью в основании большого пальца. Считали минуту. (Приложение 3)

Оборудование: секундомер.

Таблица 3

Результаты определения ЧСС

Вывод:

ЧСС выше нормы у Дарьи и Василисы, что может говорить о наличии отклонений в работе сердца.

Опыт № 4: 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 (mт) человека, поэтому рассчитываем массу крови в теле по формуле: m= 0,07mт.

Число сокращений сердца (пульс) в минуту, N берем из предыдущего опыта.

В спокойном состоянии вся кровь человеческого организма проходит через сердце за 1 минуту. Вычисляем массу крови, выталкиваемой сердцем в сосуды за одно сокращение m0=

Таблица 4

Результаты определения массы крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение

Вывод: Масса крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, у каждого индивидуальна: от 180 г до 50 г.

Опыт № 5: Определение времени одного сокращения сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки.

1.Вычисляем время, за которое совершается одно сокращение сердца в спокойном состоянии t1. За 1 минуту (60 с) –N сокращений (пульс), поэтому время одного сокращения сердца t1=

2. Каждый делает 15 быстрых приседаний и измеряем пульс N2.

3.Вычисляем время, за которое совершается одно сокращение сердца после физической нагрузки t2= .

Таблица 5

Результаты определения времени одного сокращения сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки

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 0,6-0,9 с, а после физической нагрузки 0,47-0,52 с.

Опыт № 6: 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 Ек=m0v2/2. Эта кинетическая энергия будет равна работе А, совершаемой сердцем. А= m0v2/2.

Мощность работы сердца в спокойном состоянии можно рассчитать, разделив работу по выбросу одной порции крови на время t1, за которое совершается одно сокращение в спокойном состоянии Р1=m0v2/2t1.

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 Р2=m0v2/2t2.

Таблица 6

Результаты определения мощности работы сердца в спокойном состоянии и после физической нагрузки.

Вывод: Мощность работы сердца после физической нагрузки у всех участников эксперимента увеличилась.

Опыт №7: Измерение давления.

Оборудование: электронный тонометр. (Приложение 4)

Таблица 7

Результаты измерения давления

Вывод: Систолическое и диастолическое давление всех членов моей семьи в пределах физиологической нормы.

4.Заключение

В ходе данной работы я изучил строение сердца и основные механизмы его работы. Я узнал, что сердце один из самых важных органов человека. От его работы зависит здоровье всего организма. Помимо этого, оно обладает уникальным свойством – автоматией сердца - это его способность к ритмическому сокращению без всяких видимых раздражений под влиянием импульсов, возникающих в самом органе, а также играет главную роль в сердечно-сосудистой системе - роль насоса.

Также мною был проведён ряд исследований моих знакомых и домашних животных: кардиограмма человека, кота и собаки; определение частоты сердечных сокращений, массы крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение, времени одного сжатия сердца, мощности его работы; измерение давления.

Согласно выдвинутой мною гипотезе, все мои знакомые имеют здоровое сердце. В результате проведённых исследований получены следующие результаты:

Таблица 8

Данные результаты свидетельствуют о том, что основные параметры работы сердца у моих знакомых в норме. Но у Дарьи и Василисы есть отклонение – увеличенная частота сердечных сокращений. Им следует обратиться за консультацией к врачу – кардиологу. А чтобы у них в будущем не возникло проблем с сердцем, я разработал для них памятку (Приложение 5).

В конце исследования я пришел к выводу:

Соблюдая все эти условия, главный мотор – сердце будет работать нормально и человек проживет долгую и счастливую жизнь.

5.Приложения

Приложение 1

Кардиограмма Василисы

Кардиограмма Дарьи

Кардиограмма Светланы

Приложение 2

Кардиограмма кота и собаки.

Приложение 3

Определение частоты сердечных сокращений.

Приложение 4

Измерение артериального давления.

.

Приложение 5

Памятки «Правила тренировки сердца»

Нельзя работать или бегать до изнеможения: так можно ослабить сердце.

Необходимо чередовать труд с отдыхом.

Спокойный сон - одно из необходимых условий правильной работы сердца. Во время сна организм находится в состоянии покоя, в это время ослабляется и работа сердца - оно отдыхает.

Важно уметь хотя бы приблизительно оценивать свои физические возможности. Частота сердечных сокращений в состоянии покоя ниже, чем после приёма пищи и после физической нагрузки, так как при нагрузке работающему органу (мышцам) требуется больше кислорода, питательных веществ, энергии (для переваривания пищи, восстановления сил), следовательно, сердечная мышца работает интенсивнее, и частота сердечных сокращений увеличивается.

Физические упражнения укрепляют мышцы рук и ног и делают их сильными, так как сердце тоже мышца, то регулярные занятия физкультурой и подвижные игры укрепляют его. При систематических занятиях спортом пульс в состоянии покоя постепенно становится реже - это служит показателем тренированности организма.

6. Список литературы:

Енухович Э. В. Справочник по физике. – М., Просвещение, 1990

Аулик И. В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. – 1990.

Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. – М., Наука, 1986.

Васильева В. Физиология человека. – М., Физкультура и спорт.

Энциклопедия для детей «Техника», «Биология», «Человек». – М., Аванта+

Анатомия и физиология человека. Просвещение. 2002г.

А.М.Шилова , Физика № 17 // Приложение к газете Первое сентября

Б.В. Петровских БМЭ том 23 Москва, 1984г.

Е.А.Криксунов Общая биология. – М., 2006.

Книга для чтения по анатомии, физиологии, генетики человека// Под ред. Зверева - М.:, 1983г

Л.П.Асестасова Человек и окружающая среда Просвещение

О.В.Иванова. Анатомия человека. – М., 2006.

Т.М.Вершинина Физика №17 // Приложение к газете Первое сентября

Вогралик, В.Г. Очерк китайской медицины /В.Г. Вогралик, Э.С. Вяземский. – Москва: Медгаз, 1961. – 76 с.

Тур, А.Ф. Детские болезни /А.Ф. Тур, О.Ф. Тарасов, Н.П. Шабалов. – Серия: Учебная литература. Для студентов медицинских институтов. Москва: 1985. – 608 с.

http://www.practical-shooting.ru/workouts/selftraining/vynoslivost-v- prakticeskoistrelbe//

«Энциклопедический словарь юного биолога», Москва «Педагогика», 1986 


Аулик И.В. «Определение физической работоспособности в клинике и спорте», 
1990 


Богданов К.Ю. «Физик в гостях у биолога», Москва «Наука», 1986 


Васильева В. «Физиология человека» Москва «Физкультура и спорт», 1973 


Кац Ц.Б. «Биофизика на уроках физики», Москва «Просвещение», 1974 


Милн Л.Дж., Милн М. «Чувства животных и человека», Москва «Мир», 1966 


Перельман Я.И. «Занимательная физика», Москва «Наука», 1983 


Симаков Ю.Г. «Живые приборы», Москва «Знание», 1986 


Тинберген Н. «Поведение животных», Москва «Мир», 1978 


Анатомия и физиология человека, М.,2003 г.

Биология 6-9 класс БЭНП.М, 2003 г.

Маловик О.А., Физика. 9 класс: элективные курсы, Волгоград, – Учитель, 2007 г.

Программы элективных курсов. Физика. 9-11 классы. Предпрофильное обучение / сост. В.А. Коровин. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2006г

Солдатова Т. Б., Сценарии тематических вечеров и предметной недели физики. 7-11 класс, Ростов на Дону, – Феникс, 2002 г.