Исследование физических возможностей человека

Исследование физических возможностей человека.
Человек — существо многогранное: человек покорил все высочайшие горные вершины мира, опустился в самые глубокие точки мирового океана, покорил небо, побывал
на Луне, расщепил ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что мы представляем из
себя, что мы можем сделать и какими возможностями, ресурсами мы сами обладаем?
Человек является объектом и субъектом физического познания. Он взаимодействует
с окружающей его естественной и искусственной средой. Человек с точки зрения физики является перемещающимся и взаимодействующим объектом, обладает энергией, совершает
работу, имеет большие физические возможности. Такие изобретения человека, как гипотеза, модель, теория, наблюдение, эксперимент он может применить не только для объяснения окружающего мира, но и для изучения себя в этом мире.
В данной работе представлен материал по теме «Физические возможности человека». Его можно использовать с целью гуманитаризации процесса обучения физике на факультативных занятиях, при составлении рабочей программы по элективным курсам, для
занятий в классах химико-биологического профиля, гуманитарного профиля. Выполнение
лабораторных работ и решение физических задач позволят оценить физические характеристики человека. Для проведения практических работ требуются простые установки и средства измерения. Изучая самого себя, можно более осознанно применять на практике физические законы.
Необходимость использования идей гуманитаризации преподавания физики связана
с существенным изменением содержания школьного образования, с появлением специализированных классов гуманитарного, химико-биологического и физико-математического профилей.
В настоящее время выделяют три основных направления гуманитаризации:
a. Усиление мировоззренческой и методологической ориентации курса физики;
b. Изучение человека как объекта и субъекта физического познания;
c. Осуществления связи преподавания физики с предметами эстетического цикла.
Изучение человека, как объекта и субъекта физического познания позволяет показать
ценность физических знаний за счет применения знаний и методов физики к проблемам человека. Наиболее интересны следующие аспекты проблемы:
А) Воздействие определенной среды на человека.
Б) Рассмотрение фактов, иллюстрирующих действия законов физики в мире человека.
В) Создание технических устройств по образу и подобию человеческих органов или
приспособлений животных.
Г) Появление новых наук, изучающих функционирование человеческого организма,
как механической системы, термодинамической, электродинамической системы.
Цель работы: Изучение физических возможностей человека на основе знаний школьного
курса физики.
Задачи:
1. Изучить понятия, характеризующие физические возможности человека с точки
зрения механики.
2. Провести анализ физических возможностей человека и антропометрических характеристик человека в школьном курсе физики.
3. Составить задания в виде практических (лабораторных) работ, задач по тематике
исследования.
Объектом исследования является человек.
Вид исследования носит теоретический и практический характер.
Методы исследования: работа с источниками информации, мысленный эксперимент,
измерения, сравнения, эксперимент, анализ, синтез.
Мир гармонии человека раскрывается в практических заданиях по изучению и исследованию физических возможностей человека на основе усвоения знаний по базовому курсу физики.
Гипотеза исследования: появление интереса в исследовании физических возможностей
человека создает основу для поиска новых подходов в осознании физических знаний.
Знание теоретических основ физики могут помочь человеку познать и глубже изучить свои
возможности. Используя материально техническую базу кабинета физики, можно ограничиться
исследованием определенных физических возможностей человека.
Результатом работы является разработка новых подходов, углубляющих и расширяющих представления о человеке на основе изучения школьного курса физики.
К физическим характеристикам человека можно отнести такие физические величины, как
скорость, перемещение, ускорение, перегрузка, масса, плотность, вес тела, сила тяжести, сила трения, сила упругости, сила удара, механическая работа, мощность, энергия, давление,
температура, частота механических колебаний, интенсивность звука. Это механические характеристики объекта, изучаемые на уроках физики. Важными параметрами окружающей человека
среды являются: атмосферное давление, температура, влажность воздуха. Физические параметры человека (механические, звуковые, тепловые, оптические, электрические) представлены в
приложении в соответствующих таблицах.
Возможность – это объективная тенденция развития объекта. К некоторым физическим
возможностям человека можно отнести: бег на различные дистанции, прыжки в длину, в высоту,
метание спортивных снарядов, перегрузки, связанные с изменением веса тела, силы, развиваемые человеком (ручная, становая, сила удара и др), совершение работы по поднятию и перемещению тел, мощность, развиваемая человеком в различных физических упражнениях, расход
энергии при различной деятельности.
В школьном курсе физики не уделяется большого внимания изучению физических возможностей человека. Мы проанализировали содержание учебников школьного курса физики 7, 8,
9, 10 классов.
Например, в материалах учебника физики 10 класса, под редакцией А.В.Касьянова,
о характеристиках человека упоминается при изучении:
1.
скорости движения тела,
2.
относительности движения,
3.
неравномерного движения,
4.
движения под углом к горизонту,
5.
при изучении силы упругости и закона Гука,
6.
веса тела,
7.
закона сохранения импульса,
8.
механической работы, энергии, мощности,
9.
закона сохранения энергии,
10.
при изучении процессов парообразования с поверхности кожи человека,
11.
предела прочности костной ткани, модуля упругости,
12.
диапазона длин волн, вызывающих у человека слуховые ощущения,
Перейдем к некоторым результатом наших исследований.
 В результате проведения практической (лабораторной) работы была определена скорость
равномерно движущегося объекта без использования измерительных приборов. Для определения расстояния использовалась длина своей пяди. Это расстояние между большим и средним пальцами напряженной ладони. Время движения определялось с помощью измерения
числа ударов пульса. Скорость движения игрушечного автомобиля оказалась равной 0, 588
м/с.
 Практическим путем была измерена важная характеристика организма человека – время его
реакции. Опыт проводился с двумя учащимися 10 класса в возрасте 15 лет. Время реакции
Игоря оказалось равным 0,335 с, время реакции Максима – 0,286 с.
 Движение тела с заданной начальной скоростью в горизонтальном направлении было изучено
с помощью практической работы №3. Была определена скорость движения указательного
пальца (и бруска соответственно) при горизонтальном щелчке. Начальная скорость горизонтального полета оказалась равной 1,18 м/c в направлении оси –x при падении со стола высотой
75 см.
 Мы смогли оценить собственную мощность, которую мы развиваем при прыжке в высоту с места. Высота подъема центра тяжести своего тела была равна расстоянию от пола до подошв
обуви во время прыжка. Был измерен путь, на котором действует сила мышц ног при разгибании колен и начальная скорость, с которой человек отрывается от земли. Мощность, развиваемая Игорем (m=70 кг) при прыжке в высоту получилась равной 1940,3 Вт, а развиваемая Максимом (m= 64 кг) – 1227 Вт. При уменьшении приседания (S) мощность возрастает. Если мы
вообще не будем приседать, то не сможем оторваться от Земли. Полученную при прыжке
мощность можно сравнить с мощностью, развиваемую человеком при ходьбе (60 Вт) и с мощностью в 1л. с.
 Мы рассчитали механическую работу и мощность, развиваемую человеком при равномерном
подъеме с первого на третий этаж школы. Для человека массой 63 кг они оказались равными
3970 Дж и 152,7 Вт соответственно.
 Зная теорию механических колебаний, можно определять рост человека с помощью нитяного
маятника и часов. Период нитяного маятника зависит от длины нити и ускорения свободного
падения, которое в поле тяготения Земли остается постоянным. Период можно определить,
измерив точно время определенного числа колебаний. По расчетам рост человека получился
равным 1,745 м, а истинный рост учащегося был равен 1, 75м.
 С помощью практической работы №9 мы смогли изучить свойства нитяного маятника и выяснить, что период его колебаний не зависит от массы маятника и амплитуды его колебаний.
В работе представлены задачи по изучению физических характеристик и возможностей
человека. Большинство из них вызывает большой интерес у учащихся. Решив их, можно
узнать много удивительных фактов о физических возможностях человека. Приведем некоторые примеры. В длину с места человек может прыгнуть на расстояние 1,8 метра, а с разбега на
11,7 метра. Безопасная высота падения человека составляет величину порядка его удвоенного
роста. Сила мышц ног, с которой отталкивается от Земли спортсмен в момент прыжка в высоту, составляет три веса человека. Прыгун в высоту преобразует в энергию прыжка половину
энергии разбега. Чтобы переместить свое тело на определенное расстояние, человек развивает кинетическую энергию, совершает работу по вертикальному перемещению своего центра
масс, совершает работу по подъему ноги, совершает работу против силы сопротивления движению. Человек при этом может развивать мощность до 1000 Вт. Если человек при подъеме
тяжестей затрачивает такое же количество энергии, что и при скоростном беге, то при массе 80
кг он сможет поднять груз массой 207 кг.
В качестве приложений в работе представлен материал в виде таблиц о физических характеристиках человека и инструкции по выполнению практических работ. Подобранный комплекс лабораторных работ и физических задач позволит положить его в основу создания элективного курса, целью которого может быть исследование физических возможностей человека.
Этот курс может быть апробирован в старших классах лицея.
Работа полностью еще не закончена. Нам предстоит продолжить поиск и отбор теоретического материала по теме исследования, выбрать наиболее интересные задачи по данной теме,
выполнить ряд практических работ, которые раскрывают другие возможности человека.
Прекрасны мы, когда познаем самих себя, безобразны же, когда этого знания не имеем.