Исследовательская работа по физике "Давление в окружающем нас мире"

1. Введение

Обоснование выбора темы исследования, цели, задачи работы, актуальность исследования, практическая значимость, методы исследования

Обоснование выбора темы, актуальность исследования: темой моей исследовательской работы является «Давление в окружающем нас мире». Оно окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. В дальнейшем я хочу стать врачом. Поэтому очень важно знать, как влияет давление на самочувствие человека. Как течёт кровь по кровеносной системе, как работают лёгкие. Для врача - космонавта необходимо знать, как ведёт себя человеческий организм в космосе в состоянии невесомости. Для врача – подводника необходимо знать, как ведёт себя организм на больших глубинах, как функционируют внутренние органы. Чтобы дать ответы на эти вопросы, нужно исследовать давление на поверхности земли. Понять от чего оно зависит, изучить какую роль имеет давление в животном и растительном мире. Часто многие гениальные изобретения подсматриваются в природе в животном мире. Поэтому, изучение давления очень важно.

Практическая значимость исследования: материалы моего исследования можно использовать на уроках физики, биологии, на классных часах, на внеклассных мероприятиях, при подготовке к ЕГЭ.

Цель исследования: изучить давление в газах, жидкостях и твёрдых телах; провести эксперименты, демонстрирующие от каких величин зависит давление, установить математическую зависимость; рассмотреть какую роль играет давление в окружающем мире.

Задачи исследования:

Изучить зависимость давления от различных величин.

Изучить методику проведения эксперимента.

Провести собственный эксперимент по изучению давления и установлению математических зависимостей.

Узнать практическое применение.

Сделать выводы по теме исследования.

Оформить исследовательскую работу.

Создать мультимедийное приложение к исследовательской работе.

Мои предположения (гипотеза исследования): я предполагаю, что давление в твёрдых телах зависит от площади поверхности, от приложенной силы; в жидкостях (газах) давление зависит от высоты столба жидкости (газа) и от плотности вещества.

Методы исследования:

Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.

Отбор и обобщение и материалов по теме исследования.

Постановка экспериментов.

Практическая реализация.

Обработка полученных результатов.

Анализ полученных результатов.

Сбор фотоматериалов.

Исследование областей применения.

Выводы по теме.

2. Что такое давление. История развития представления о давлении

О существовании давления люди догадывались еще во времена Аристотеля и Демокрита. Вклад в развитие атмосферного давления внесли Древние атомисты Демокрит, Эпикур и Лукреций. Они не сомневались в материальной природе воздуха, атомы которого, по их мнению, обладают подвижностью и круглой формой.

Первыми, кто практически измерил давление воздушного океана, были итальянские ученые. Галилей считал, что предельная высота водяного столба 18 локтей является мерой "боязни пустоты" (т. е. сила атмосферного давления). Она уравновешивается либо весом водяного столба в 10 метров, либо весом медного столба высотой в 1, 12 метра, составляя, по оценке Галилея, около 1 кг на см². Таким образом, практики с достаточной точностью оценили силу атмосферного давления. Необходимо было сделать дальнейший шаг в развитии представления о давлении. Его сделал Торричелли.

  Ему пришла в голову мысль измерить вес атмосферы весом ртутного столба. В 1643 году по его указанию эксперимент был произведен. Опыт оправдал все ожидания, ртуть остановилась на заданной высоте, над нею образовалась "торричеллиева пустота".

Таким образом, трубка Торричелли стала первым барометром. Именно с этого опыта началось научное наблюдение за погодой, важнейшими характеристиками которой являлись давление и температура.

  Итак, что же такое «давление»?

Давление - это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. За единицу давления принимается такое давление, ко­торое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м², перпендикулярно этой поверхности.

3. Виды давления.

  Воздух давит на поверхность Земли - и мы говорим об атмосферном давлении. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды. В земных недрах тоже есть давление. Действуя со всех сторон, давление позволяет расплавленному земному ядру сохранять форму. На глубине 300 километров под его воздействием атомы углерода теснее прижимаются друг к другу, спрессовываются - и образуются алмазы.

И за пределами Земли существует давление. Газ внутри Солнца сильно сжат. Такое давление преобразуется в колоссальную тепловую энергию.

3. 1. Давление в газах

  Давление воздушных масс человек не ощущает, хоть и живет на дне «воздушного моря». Ведь воздух, как и вода, давит не только сверху, а со всех сторон.

Всякое вещество можно взвесить. Оказывается, что масса 1 м³ воздуха на уровне моря примерно 1 кг 300 г. Воздух давит на предметы, с которыми соприкасается. Я провела ряд экспериментов, которые доказывают существование атмосферного давления.

Весь материал – смотрите документ.

Содержание

1.Введение. Обоснование выбора темы исследования, цели, задачи работы, актуальность исследования, практическая значимость, методы исследования……………………………….3

2.Что такое давление? История развития представления о давлении………………………….4

3. Виды давления……………………………………………………………………………….......5

3.1. Давление в газах…………………………………………………………………………….....5

3.1.1. Атмосферное давление в жизни человека………………………………………………....6

Теоретическая часть…………………………………………………………………………….......6

Эксперимент………………………………………………………………………………………...7

3.1.2. Влияние атмосферного давления на самочувствие человека…………………………….8

Теоретическая часть………………………………………………………………………………...8

Эксперимент………………………………………………………………………………………...8

3.1.3. Роль давления в животном мире…………………………………………………………....9

3.1.4. Роль давления в растительном мире……………………………………………………….11

3.2. Давление в жидкостях………………………………………………………………………...11

Теоретическая часть………………………………………………………………………………..11

Эксперимент………………………………………………………………………………………..12

3.2.1. Давление в жидкости в жизни человека…………………………………………………...13

3.2.2. Роль давления в животном мире…………………………………………………………....13

3.3. Давление в твердых телах……………………………………………………………………..15

Теоретическая часть………………………………………………………………………………...15

Эксперимент………………………………………………………………………………………...15

3.3.1. Способы уменьшения и увеличения давления в окружающем нас мире………………..18

3.3.2. «Доска йогов»………………………………………………………………………………...18

3.3.3. Связь давления с разными геометрическими формами. ………………………………….20

3.3.4. Практическое применение изменения давления человеком……………………………...23

3.3.5. Изменение давления в животном мире……………………………………………………23

4. Заключение………………………………………………………………………………………25

5. Литература……………………………………………………………………………………….26

1.Введение

Обоснование выбора темы исследования, цели, задачи работы, актуальность исследования, практическая значимость, методы исследования

Обоснование выбора темы, актуальность исследования: темой моей исследовательской работы является «Давление в окружающем нас мире». Оно окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. В дальнейшем я хочу стать врачом. Поэтому очень важно знать, как влияет давление на самочувствие человека. Как течёт кровь по кровеносной системе, как работают лёгкие. Для врача-космонавта необходимо знать, как ведёт себя человеческий организм в космосе в состоянии невесомости. Для врача – подводника необходимо знать, как ведёт себя организм на больших глубинах, как функционируют внутренние органы. Чтобы дать ответы на эти вопросы, нужно исследовать давление на поверхности земли. Понять от чего оно зависит, изучить какую роль имеет давление в животном и растительном мире. Часто многие гениальные изобретения подсматриваются в природе в животном мире. Поэтому, изучение давления очень важно.

Практическая значимость исследования: материалы моего исследования можно использовать на уроках физики, биологии, на классных часах, на внеклассных мероприятиях, при подготовке к ЕГЭ.

Цель исследования: изучить давление в газах, жидкостях и твёрдых телах; провести эксперименты, демонстрирующие от каких величин зависит давление, установить математическую зависимость; рассмотреть какую роль играет давление в окружающем мире.

Задачи исследования:

• Изучить зависимость давления от различных величин.

• Изучить методику проведения эксперимента.

• Провести собственный эксперимент по изучению давления и установлению математических зависимостей.

• Узнать практическое применение.

• Сделать выводы по теме исследования.

• Оформить исследовательскую работу.

• Создать мультимедийное приложение к исследовательской работе.

Мои предположения (гипотеза исследования): я предполагаю, что давление в твёрдых телах зависит от площади поверхности, от приложенной силы; в жидкостях (газах) давление зависит от высоты столба жидкости (газа) и от плотности вещества.

Методы исследования:

• Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.

• Отбор и обобщение и материалов по теме исследования.

• Постановка экспериментов.

• Практическая реализация.

• Обработка полученных результатов.

• Анализ полученных результатов.

• Сбор фотоматериалов.

• Исследование областей применения.

• Выводы по теме.

2. Что такое давление. История развития представления о давлении

О существовании давления люди догадывались еще во времена Аристотеля и Демокрита. Вклад в развитие атмосферного давления внесли Древние атомисты Демокрит, Эпикур и Лукреций. Они не сомневались в материальной природе воздуха, атомы которого, по их мнению, обладают подвижностью и круглой формой.

Первыми, кто практически измерил давление воздушного океана, были итальянские ученые. Галилей считал, что предельная высота водяного столба 18 локтей является мерой "боязни пустоты" (т. е. сила атмосферного давления). Она уравновешивается либо весом водяного столба в 10 метров, либо весом медного столба высотой в 1,12 метра, составляя, по оценке Галилея, около 1 кг на см². Таким образом, практики с достаточной точностью оценили силу атмосферного давления. Необходимо было сделать дальнейший шаг в развитии представления о давлении. Его сделал Торричелли.

Ему пришла в голову мысль измерить вес атмосферы весом ртутного столба. В 1643 году по его указанию эксперимент был произведен. Опыт оправдал все ожидания, ртуть остановилась на заданной высоте, над нею образовалась "торричеллиева пустота".

Таким образом, трубка Торричелли стала первым барометром. Именно с этого опыта началось научное наблюдение за погодой, важнейшими характеристиками которой являлись давление и температура.

Итак, что же такое «давление»?

Давление - это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. За единицу давления принимается такое давление, ко­торое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м², перпендикулярно этой поверхности.

3. Виды давления.

Воздух давит на поверхность Земли - и мы говорим об атмосферном давлении. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды. В земных недрах тоже есть давление. Действуя со всех сторон, давление позволяет расплавленному земному ядру сохранять форму. На глубине 300 километров под его воздействием атомы углерода теснее прижимаются друг к другу, спрессовываются - и образуются алмазы.

И за пределами Земли существует давление. Газ внутри Солнца сильно сжат. Такое давление преобразуется в колоссальную тепловую энергию.

3.1. Давление в газах

Давление воздушных масс человек не ощущает, хоть и живет на дне «воздушного моря». Ведь воздух, как и вода, давит не только сверху, а со всех сторон.

Всякое вещество можно взвесить. Оказывается, что масса 1 м³ воздуха на уровне моря примерно 1 кг 300 г. Воздух давит на предметы, с которыми соприкасается. Я провела ряд экспериментов, которые доказывают существование атмосферного давления.

Эксперимент № 1

Первое доказательство существования атмосферного давления

Цель работы: доказать с помощью эксперимента существование атмосферного давления.

Я взяла широкогорлую бутылку из-под сока и сваренное вкрутую, очищенное яйцо. Яйцо в бутылку не проходило.

Автор фото И. Л. Васильева

После того, как с помощью горящей бумаги я нагрела воздух в бутылке, яйцо втянулось в неё.

Автор фото И. Л. Васильева

Это произошло потому, что внутри бутылки воздух начал остывать, давление внутри бутылки стало меньше, чем снаружи и под действием атмосферного давления яйцо вошло в бутылку.

Вывод: атмосферное давление существует, и оно вдавило яйцо в бутылку.

Эксперимент № 2

Второе доказательство существования атмосферного давления

Цель работы: доказать с помощью эксперимента существование атмосферного давления, взяв монету не замочив рук.

Я положила на плоскую тарелку монету и налила немного воды. Монета очутилась под водой.

Потом взяла стакан, ополоснула его кипятком и опрокинула на тарелку рядом с монетой.

Автор фото И. Л. Васильева

Вода собралась под стаканом, потому что воздух в стакане начал остывать. Холодный воздух занимает меньше места, чем горячий, внутреннее давление уменьшилось. Стакан начнет всасывать воду, и вскоре вся она соберется под ним. Таким образом, вода устремляется из области высокого давления в область низкого давления. Монета останется лежать на тарелке без воды и её можно взять, не замочив рук.

Автор фото И. Л. Васильева

Вывод: вода собирается под стаканом благодаря разности внешнего атмосферного и внутреннего давления под стаканом.

3.1.1. Атмосферное давление в жизни человека

После школы я хочу поступить в медицинский институт и мне интересно, как связано давление с жизнью человека, на что оно влияет.

Оказывается, что кости в суставах плотно «подогнаны» друг к другу благодаря атмосферному давлению. Высоко в горах, где давление воздуха ниже, связь между костями слабее. Конечности плохо слушаются, часто случаются вывихи.

Мы, наверное, никогда не задумывались над тем, как мы пьём. А стоит задуматься! При питье мы «втягиваем» жидкость в себя. Почему же жидкость устремляется к нам в рот? При питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот.

На существовании атмосферного давления основан механизм вдоха и выдоха. Легкие расположены в грудной клетке и отделены от нее и от диафрагмы герметичной полос­тью, называемой плевральной. С увеличением объема грудной клетки объем плевральной полости увеличивается, а давле­ние воздуха в ней уменьшается, и наоборот. При вдохе давление становится меньше атмосферного, и воздух через воздухоносные пути устремля­ется в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, за счет чего давление в плевральной полости увели­чивается, что вызывает уменьшение объема легких. Давление воздуха в них становится выше атмосферного, и воздух из лёгких устремляется в окружающую среду.

Пока люди не знали о существовании давления, многие загадки казались неразрешимыми. Почему так тяжело вытащить поршень из насоса с закрытым отверстием? Сейчас мы знаем: мешает давление воздуха. Простой насос - это цилиндр с поршнем. Когда отверстие насоса открыто, поршень испытывает одинаковое давление изнутри и снаружи. Стоит закрыть отверстие, и баланс нарушается. На поршень действует только давление извне. Наших сил не хватает, чтобы его преодолеть. Шприц – это простой насос. Рассмотрим принцип действия шприцов.

Эксперимент № 3

Использование медицинских шприцов

Цель работы: выяснить принцип действия медицинских шприцов.

Я взяла шприц, опустила его в подкрашенную воду. При поднятии поршня вода поднялась за ним.

Автор фото И. Л. Васильева

Происходит это потому, сто при подъеме поршня между ним и водой образуется безвоздушное пространство. В это пространство под давлением наружного воздуха и поднимается вслед за поршнем вода.

Вывод: я рассмотрела принцип действия медицинских шприцов и выяснила, что лекарство поднимается за поршнем благодаря атмосферному давлению.

3.1.2. Влияние атмосферного давления на самочувствие человека

Внешнее атмосферное давление компенсируется внутренним давлением человека.

Артериальное давление — один из важнейших параметров, характеризующих работу кровеносной системы. Давление крови определяется объёмом крови, перекачиваемым в единицу времени сердцем и сопротивлением сосудистого русла. Наибольшее давление крови будет на выходе крови из сердца (в левом желудочке), несколько меньшее давление будет в артериях, ещё более низкое в капиллярах, а самое низкое в венах и на входе сердца (в правом предсердии).

Артериальное давление зависит от многих факторов: времени суток, психологического состояния человека (при стрессе давление повышается), приёма различных стимулирующих веществ (кофе, чай, амфетамины) или медикаментов, которые повышают или понижают давление.

Наиболее легко в измерении артериальное давление. Его можно измерить с помощью прибора тонометра. В течение месяца я проводила измерения атмосферного давления и давления человека. Моими объектами исследования были я и бабушка.

Эксперимент № 4

Зависимость атмосферного давления и артериального давления человека

Цель работы: определить зависимость артериального давления человека от атмосферного давления.

Объект 1- бабушка 65 лет.

Объект 2 –девочка 13 лет.

Для построения диаграммы я взяла данные для атмосферного давления и вычла из каждого значения 600 мм рт. ст. Это позволило мне выстроить диаграмму зависимости атмосферного давления и давления человека.

Вывод: давление человека зависит от атмосферного давления. Чаще всего получается, что с уменьшением атмосферного давления уменьшается и давление человека.

На организм человека влияет как пониженное, так и повышенное атмосферное давление.

При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений. С понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода. В результате этого кровь недостаточно насыщается кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию.

3.1.3. Роль давления в животном мире

Давление есть повсюду. Некоторые живые организмы извлекают из его существования пользу. У летучих мышей есть внутренний измеритель давления. Биологи полагают, что он находится в слуховом аппарате мышей. Животные покидают свои жилища, когда атмосферное давление падает. Ведь чем ниже давление, тем активнее ведут себя насекомые - добыча летучих мышей.

Фото из интернета

Благодаря атмосферному давлению мухи могут ползать по потолку. На их лапках есть присоски. Между присоской и поверхностью потолка образуется вакуум. Давление воздуха воздействует на присоску только снаружи, и муха не падает.

Фото из интернета

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давле­ние удерживает присоску на стекле.

Фото из интернета

Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давле­ние в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает при­соску.

Фото из интернета

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Фото из интернета

3.1.4. Роль давления в растительном мире

Под большим давлением древесные соки добираются до макушек гигантских секвой. И чем выше ствол дерева, тем выше должно быть давление. Биологи выяснили, что давление, которое обеспечивает деревья питанием, в то же время мешает им расти «до бесконечности». Когда давление становится слишком высоким, в стволе дерева образуются «тромбы». Они преграждают сокам путь наверх, и верхушка дерева не получает достаточно питания. Рост прекращается.

3.2. Давление в жидкостях

Давление в жидкости зависит от плотности жидкости и от глубины погружения.

р=ρgh

В жидкостях и газах действует закон Паскаля, который говорит, что давление, производимое на жидкость или газ передаётся без изменения в любую точку жидкости или газа.

Эксперимент № 5

Доказательство закона Паскаля

Цель работы: доказать с помощью эксперимента, что давление предаётся в любую точку жидкости или газа без изменения.

В пластиковой бутылке я сделала несколько отверстий. Отверстия заклеила скотчем. Бутылку заполнила водой. Открыла отверстия. Из бутылки с завинченной крышкой вода не вытекала, т. к. внутреннее давление компенсируется внешним атмосферным давлением.

Автор фото И. Л. Васильева

После того, как я открутила крышку, вода стала равномерно выливаться изо всех отверстий. На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости своим весом создаёт давление на другие слои, которое по закону Паскаля передаётся по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление.

Автор фото И. Л. Васильева

Вывод: давление в жидкости и газе передаётся в любую точку одинаково.

Я провела серию опытов и определила зависимость давления от высоты столба жидкости.

Мощное давление выбрасывает вверх струи фонтанов. Самый большой фонтан находится в Женеве. Когда-то на его месте была водозаборная станция, подававшая воду в ремесленные мастерские. Вечерами потребление воды уменьшалось. Ее избыток струей изливался в Женевское озеро. В 1891 году водопровод старой водозаборной станции превратили в декоративный фонтан.

Эксперимент № 6

Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости

Цель работы: определить зависимость давления от высоты столба жидкости?

С помощью сообщающихся сосудов я сделала модель фонтана.

Автор фото И. Л. Васильева

Экспериментально определила, что при увеличении высоты столба жидкости увеличивается давление, которое ей создаётся и тем самым фонтан становится выше.

Вывод: давление жидкости зависит от высоты столба жидкости (чем больше высота, тем больше давление жидкости p=gρh).

3.2.1. Давление в жидкости в жизни человека

Человек, оказавшийся под водой, естественно, тоже испытывает ее давление. При погружении в воду без акваланга легкие сильно сжимаются. На глубине 162 метров - это мировой рекорд погружения без акваланга - легкие уменьшаются до размеров яблока. Казалось бы, у ныряльщика должны сломаться все кости. Но скелет справляется с этой нагрузкой, так как давление воды воздействует на него равномерно со всех сторон.

Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении — выделение раство­ренных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что при­водит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут производиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 м).

3.2.2. Роль давления в животном мире

Меня заинтересовал вопрос, как могут жить рыбы глубоко под водой?

Почему некоторые рыбы могут существовать на большой глубине - до 5 тысяч метров, а иногда и глубже? Ведь там на каждый квадратный сантиметр их тела приходится вес, равный весу вагона пассажирского поезда! Дело в том, что ткани и кости глубоководных рыб пропитаны водой. Поэтому рыбы испытывают одинаковое давление изнутри и снаружи. Но если глубоководную рыбу вытащить на поверхность, баланс внешнего и внутреннего давления нарушится. Рыба раздуется, и погибнет. Некоторые бактерии, живущие в воде, способны выдержать давление в 16 тысяч раз большее, чем нормальное атмосферное. Но как им это удается, ученые пока объяснить не могут.

Рыбу-каплю обитающую на глубине от 600 до 1200 м вблизи австралийского побережья и Тасмании, по праву считают одной из самых непривлекательных океанических рыб. Удивительной особенностью рыбы-капли, является отсутствие плавательного пузыря и мускулатуры, которые бы просто не выдержали глубинного давления, в 80 раз превышающего нормальное давление атмосферы.

Именно поэтому рыбка, длина которой, не более 30 см, больше напоминает невыразительную студенистую массу, чем владычицу глубин. Дополняет необычно-печальный образ лишенная чешуи серо-бежевая склизкая кожа и крупная складка на передней части головы, смахивающая на человеческий нос.

Фото из интернета

Жизнь в Марианской впадине

Марианская впадина - самое глубокое место на земле. Туда не попадает солнечный свет. Там огромное давление, которое оказывает столб воды высотой 11000 м. Неужели там возможна жизнь? Оказывается да!!!

Несколько лет назад на дне Марианской впадины обнаружили гигантских 10-ти сантиметровых амеб, называемых ксенофиофоры.

Фото из интернета

Эти одноклеточные организмы, вероятно, стали такими большими из-за среды, в которой они обитают на глубине 10,6 км. Холодная температура, высокое давление и отсутствие солнечного света, скорее всего, способствовали тому, что эти амебы приобрели огромные размеры.

Кроме того, ксенофиофоры обладают невероятными способностями. Они устойчивы к воздействию множества элементов и химических веществ, включая уран, ртуть и свинец, которые убили бы других животных и людей.

Сильное давление воды в Марианской впадине не дает шанса на выживание ни одному животному с раковиной или костями. Однако в 2012 году в желобе возле серпентиновых гидротермальных источников были обнаружены моллюски. Серпентин содержит водород и метан, который позволяет формироваться живым организмам.

Фото из интернета

Каким образом моллюски сохранили свою раковину при таком давлении, остается неизвестным.

Кроме того, гидротермальные источники выделяют другой газ – сероводород, который смертелен для моллюсков. Однако они научились связывать сернистое соединение в безопасный белок, что позволило популяции этих моллюсков выжить.

3.3. Давление в твердых телах

Мне приходилось наблюдать, как пчела легко прокалывает кожу своим жалом. Когда я шью кожаную одежду, то приходится надевать напёрсток и прикладывать огромные усилия, чтобы проколоть кожу. Лоси могут свободно передвигаться по болоту, там, где человек не сможет пройти. Чем острее нож, тем легче им нарезать продукты.

Эти и множество других примеров показывают, что результат действия силы зависит не только от её численного значения, но и площади поверхности, одна и та же сила оказывает разное давление.

Давлением называют отношение силы, действующей на поверхность тела перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности

Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица давления – Паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один Ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².

Таким образом, пчела действует на кожу с силой лишь 0,000 01Н. Подсчитав давление жала пчелы на кожу – 33 000 000 000 Н/м², вы получите пример того, как даже при малых силах давление может быть большим. (S жала = 0,000 000 000 000 000 3 м²)

Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.

Если умножить давление на величину площади поверхности, то можно вычислить силу давления:

F = p∙ S

Я провела эксперименты по определению зависимости давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности и от площади поверхностей.

Автор фото И. Л. Васильева

Эксперимент № 7

Определение зависимости давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности, и площади поверхности

Цель работы: определить зависимость давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности, и площади поверхности.

Таблица зависимости давления от площади поверхности.

Масса тела m=38 кг

F_т = mg,

F_т = 38 кг 9,8 Н/кг = 372,4 Н

S = a b – правильных поверхностей

График зависимости давления от площади поверхности.

Вывод: с увеличением площади поверхности давление уменьшается; при увеличении силы давление увеличивается.

Таблица зависимости давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности.

F_т = 3,8 кг 9,8 Н/кг = 37,24 Н

F_т = (38+43) кг 9,8 Н/кг = 793,8 Н

Автор фото В. Шиянова

График зависимости давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности.

Вывод: с увеличением площади поверхности давление уменьшается; при увеличении силы давление увеличивается.

3.3.1. Способы уменьшения давления в окружающем нас мире

Выстроив зависимость давления от площади опоры и силы я пошла дальше. Меня заинтересовал вопрос: «Как йоги могут свободно лежать, сидеть и ходить по гвоздям?» Зная численные зависимости я решила рассчитать сколько нужно гвоздей на единицу поверхности, чтобы можно было стоять на них, не причинив себе вреда. На ступнях находится множество нервных окончаний. Воздействуя на них таким способом мы улучшаем своё состояние.

3.3.2. «Доска йогов»

Эксперимент № 8

Доска йогов

Цель работы: рассчитать сколько нужно гвоздей на единицу поверхности, чтобы можно было стоять на них, не причинив себе вреда.

Автор фото В. Шиянова

Диаметр острия гвоздя я замерила с помощью штангенциркуля.

D = 0,5 10^-3м

Рассчитаем площадь острия одного гвоздя.

S = π d²/4

S =3,14(0,5 10^-3м)²/4=0,19 10^-6 м²

Масса тела m=38 кг

F_т = mg,

F_т = 38 кг 9,8 Н/кг = 372,4 Н

Число гвоздей N = 164;

Найдём площадь поверхности всех гвоздей: S_{всех гв.}= S₁ N; S_{всех гв.}=0,19 10^-6 м² 164= 32,18 10^-6 м²

Найдём площадь двух подошв.

Площадь одной ноги составила 508 клеток, (1 см² = 4 кл.); S₁= 508:4=127 см².

S_подошв=0,025 м²; S_доски= a b =0,34м 0,36м = 0,12 м²

Найдём во сколько раз площадь доски больше площади подошв.

= = 4,82

Значит число гвоздей, приходящихся на площадь подошв в 4,82 раза меньше, чем на площадь доски. Найдём число гвоздей приходящихся на подошву.

N_{гв подошв} ==34

Найдём площадь гвоздей, которые оказывают давление на подошву. Число гвоздей приходящихся на подошву умножим на площадь одного гвоздя.

S_{гв подошв}= N_{гв подошв} S₁

S_{гв подошв}=34 0,19 10^-6 м²= 6,67 10^-6 м²

Рассчитаем давление, которое оказывают гвозди на подошву:

P = ;

Р = =55,83 10⁶ Па

Для сравнения, я рассчитала, какое давление оказывает один гвоздь для данной силы

Р₁ = = 1960 10⁶ Па

Далее я рассчитала, во сколько раз изменяется давление при увеличении числа гвоздей.

= = 35

Автор фото В. Шиянова

Вывод: С увеличением числа гвоздей увеличивается площадь контактируемой поверхности и давление уменьшается. Зная законы физики легко стать даже йогом.

3.3.3. Связь давления с разными геометрическими формами

Вот уже много лет строители изучают конструкции, встречающиеся в живой природе. Поражает сочетание прочности и лёгкости, характерное для этих конструкций.

Фото из интернета

На фото изображено травянистое растение, называемое манжеткой обыкновенной. Его листья имеют складчатую форму, они напоминают старинные кружевные манжеты. Подобную форму мы встречаем так же и у листьев бука. Эта форма придаёт листьям дополнительную жёсткость и прочность.

Я провела эксперимент и рассмотрела сколько листов простой бумаги А4 могут удержать человека.

Эксперимент № 9

Определение связи давления с разными геометрическими формами

Цель работы: какое давление способны выдержать различные геометрические формы

Проделаем следующий простой опыт, демонстрирующий повышенную сопротивляемость нагрузкам складчатых конструкций. Я взяла листы формата А4, закрутила их в трубочки и скрепила каждую, чтобы они не разворачивались.

Автор фото В. Шиянова

Эксперимент показал, что

13 бумажных трубочек могут выдержать силу давления 372,4 Н.

67 трубочек могут выдержать силу давления 793,8 Н

Автор фото И. Л. Васильева

Если листы не сворачивать в трубочки, то они просто сомнутся.

Вывод: при сворачивании листа в трубочку увеличивается его прочность.

Ещё одно из наиболее прочных и хрупких сооружений природы это яйцо.

С точки зрения физики скорлупа куриного яйца – удивительный объект. Яйцо прекрасно выдерживает тяжесть тела курицы-наседки и в то же время легко разрушается, когда клювик слабенького птенчика ударяет по скорлупе изнутри.

Основная причина прочности скорлупы - её геометрическая форма, при которой усилие, приложенное снаружи в какой-либо точке, передаётся на всю поверхность. Рассмотрим рис.

Фото из интернета

Пусть на верхний камень А действует сила F, направленная вертикально вниз. Под действием данной силы камень А не сдвинется вниз, а лишь сильнее прижмётся к соседним камням В и С. В свою очередь эти камни передадут давление на другие камни. Зато относительно легко разрушить арку силой, действующей не сверху, а снизу.

В своём эксперименте я проверила на прочность лампочки.

Эксперимент № 10

Определение связи давления с разными геометрическими формами

Цель работы: какое давление способны выдержать различные геометрические формы

Вместо яиц я взяла 4 лампы накаливания шарообразной формы. Лампы для устойчивости поместила в банки из-под майонеза.

Автор фото И. Л. Васильева

Сверху положила доску и встала на неё.

При увеличении силы тяжести в два раза лампочки не раздавились.

Я измерила площадь соприкасающихся поверхностей и рассчитала давление, которое испытывала каждая лампочка.

Автор фото И. Л. Васильева

Таблица зависимости давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности

F_т = mg; P = ;

Для определения площади контактируемой поверхности я с помощью краски получила отпечатки взаимодействующих поверхностей лампочек на бумаге. Посчитала количество испачканных краской клеток, вычислила площадь.(4 кл = 1 см²)

Вывод: при увеличении давления геометрическая конструкция не разрушается, что доказывает её прочность.

3.3.4. Практическое применение изменения давления человеком

Давление необходимо учитывать и в машиностроении, и в архитектуре, и на транспорте. Существуют машины, деформирующие почву. Они наносят непоправимый вред экологии. Например, при освоении Крайнего Севера гусеничными тракторами были уничтожены огромные площади ягеля - основного корма оленей, что отрицательно сказалось на их популяции. Чтобы избежать этого, необходимо уменьшить давление, т.е. либо уменьшить силу давления, либо увеличить площадь. Уменьшить силу сложно: для этого нужно уменьшать массу, применяя более лёгкие материалы. Но эти вещества либо непрочные, либо очень дорогие. Поэтому чаще всего используют именно увеличение площади. Сделать это можно разными способами: применение гусениц на тракторах, увеличение диаметра шин, использование парных колёс. Большое значение имеет и то, как накачены шины, ведь от этого тоже зависит площадь соприкосновения. Гусеницы значительно снижают давление, повышая проходимость механизма, но при этом сильно повреждают верхние слои почвы.

Очень важен учёт давления и в архитектуре, строительстве. Фундамент здания используется для снижения давления. С древних времён при строительстве использовали полые колонны. Имея достаточную прочность, они гораздо легче сплошных, и, следовательно, и создаваемое давление тоже меньше.

3.3.5. Изменение давления в животном мире

Рассмотрим, как животные не зная законов физики, не применяя никаких расчётов увеличивают и уменьшают давление.

Ящерица василиск – редчайшее существо, которое передвигается, соблюдая равновесие между водой и воздухом.

Фото из интернета

По краям пальцев задней конечности этого животного находятся перепонки, которыми оно шлепает по воде. Эти перепонки складываются на суше. Если же животное оказывается в опасности, то начинает с большой скоростью бежать по поверхности проточной воды или прудика. В этот момент перепонки ног натягиваются, что обеспечивает дополнительную площадь для быстрого передвижения по поверхности воды.

Лось - самый древний и крупный представитель из семейства оленей. Поражает способность этих больших зверей жить в болотах, нередко в настоящих трясинах, где не пройдет ни лошадь, ни человек.

Фото из интернета

Ходить по болотам им помогает особое устройство копыт. Их широкие копыта при погружении в тину раздвигаются, образуя развилку. На каждый квадратный сантиметр поверхности широкого копыта лося приходится всего около 400 г веса животного, что и дает лосю возможность передвигаться по заболоченным участкам тайги.

Глубокий и рыхлый снежный покров затрудняет передвижение животных. Однако многие звери и к этому приспособились. У зайца-беляка, рыси и росомахи широкие лапы. Кроме того, зимой на лапах у них вырастают длинные жесткие волосы, и они ходят по снегу не проваливаясь.

Тот, кто ничего не знает про слонов, может подумать, что это шумные и неуклюжие животные. На самом деле слон ступает легко, мягко, очень проворно и тихо. Длина окружности стопы слона достигает 1,5 метра. Широкие ступни действуют, словно гигантские амортизаторы, принимая на себя огромный вес животного. Когда слон опирается на ногу, подошва расширяется, увеличивая опорную поверхность. А когда тяжесть переносится на другую ногу, подошва принимает первоначальную форму. Кожа на подошвах толстая, покрытая трещинами и рубцами. Благодаря этому ступни не скользят на покатой земле. Давление производимое слоном 77 кПа

Фото из интернета

4. Заключение

В ходе выполненной работы я изучила понятие «Давления» с физической точки зрения. Рассмотрела его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и технике. Узнала значимость этого понятия для животного мира, рассмотрела случаи практического применения давления в жизни человека и в живой природе. Рассчитала, применяя математические навыки, и изучила закономерности проявления давления.

В результате исследований были получены следующие выводы:

1. С изменением атмосферного давления меняется внутреннее давление человека.

2. В жидкостях и газах давление во все стороны передаётся одинаково.

3. Давление зависит от высоты столба жидкости.

4. В твёрдых телах давление можно уменьшить, увеличив площадь опоры.

5. Увеличить давление можно, уменьшив площадь опоры и увеличив силу.

6. Давление зависит от геометрических форм предметов.

По результатам исследований был изготовлен плакат и распространен в школе.

Список литературы

1. Б Донат. Физика в играх. – М.: Центрполиграф, 2011г.

2. Н. В. Гулиа. Удивительная физика.- М.: - Энас, 2008 г.

3. Л. В. Тарасов. Физика природных явлений.- М.: Мнемозина, 2013 г.

4. Я. И. Перельман. Занимательная физика. – М.: Центрполиграф, 2010 г.

5. А. И. Семке. Нестандартные задачи по физике. – Ярославль, Академия развития, 2007 г.

6. И. Г. Кириллова Книга для чтения по физике – М.: Просвещение, 1996 г.

7. М. М.Колтун Мир физики – М.: Просвещение, 2008 г.

Электронные ресурсы

1. http://www.slideboom.com/

2. https://www.google.ru/#newwindow=1&q=ehjr+lfdktybt+%3Bblrjcnb

3. Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)

4. Видеоресурсы http://www.youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU

5. Видеоресурсы http://community.livejournal.com/shutmusicup/88751.html

6. Материалы с сайта www.fizika.ru