Понеділок, 23.09.2019, 20:48
Вітаю Вас Гість | Реєстрація | Вхід

Вишнівчицька ЗОШ І-ІІІ ст

Меню сайту
Категорії розділу
Новини [825]
Досягнення [16]
Досягнення учнів
Вхід на сайт
Пошук
Календар
«  Вересень 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбНд
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30
Архів записів
Наше опитування
Ви навчались в Вишнівчицькій ЗОШ?
Всього відповідей: 264
Наші спонсори

Загородний Михайло Васильович

Герега Олександр Володимирович

Гута Іван Миколайович
Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Корисні посилання

Міністерство освіти і науки України
Чемеровецький районний методичний кабінет
Хмельницький обласний інститут післядипломної педагогічної освіти
Прогноз погоди

Фізика та астрономія

Перейти на блог вчителя фізики http://penteyv.blogspot.com Пентій Валентини Михайлівни

 

Фізика та астрономія

До уроків фізики в 7 класі

1. Механічні властивості деяких тканин організму людини

  В 1889 році в Парижі відкривалася Всесвітня виставка. До її відкриття інженер Ейфель повинен був закінчити будівництво вежі, яка стала символом Парижу. Але конструкція Ейфеля не була новою. Патент належав природі: це будова трубчастих кісток стегна і гомілки. Виявляється, профіль вежі повністю співпадає з перерізом трубчастих кісток.
  Природою давно «винайдені» конструкції, що забезпечують міцність при малій вазі: трубчасті перерізи кісток тварин, трубчаста будова багатьох рослин (пшениці, бамбука та ін.). Трубчасті кістки – приклад зменшення ваги конструкції, економії матеріалу без втрати їх механічних властивостей.
  У людини і тварин механічна міцність тіла забезпечується опорно-руховим апаратом, який складається із скелета і цілого ряду м’язів. Призначення його - забезпечувати механічну міцність організму і створювати основу для складних рухів.
  В організмі людини налічується близько двохсот кісток, що відрізняються будовою і призначенням. В залежності від функції, яку виконують кістки, вони мають різний запас міцності. Завдяки трубчастій будові, кістки можуть витримувати величезні навантаження. Так, стегнова кістка, поставлена вертикально, витримує навантаження 15кН. Така загрузка в 25-30 разів перевищує вагу тіла. Міцність кістки на розтяг більша, ніж у деревини дуба і сосни (вздовж волокон), в 9 разів перевищує міцність свинцю і майже дорівнює міцності чавуну!
  При виконанні різних рухів людиною ії м’язи і елементи скелета піддаються різним деформаціям: стиску, розтягу, згину. Вони виникають під дією власної сили тяжіння чи зовнішніх навантажень. Кістки хребта, тазу і нижніх кінцівок в основному зазнають деформації стиску та згину, а кістки верхніх кінцівок, сухожилля і м’язи – деформації розтягу.

 

  Схема, яка ілюструє міцність стегнової кістки.

  Не менш цікаві властивості м’язів. В тілі людини налічується близько 600 м’язів, а разом вони складають до 40% маси людини. М’язова тканина має властивість скорочуватися і розтягуватися, відновлювати свою початкову форму після дії сил, які викликали її деформацію. Еластичність м’язів вища, ніж у деяких видів гуми. Еластичність м’язів, які знаходяться в спокої чи в русі, різна. Звідси випливає висновок: перш ніж почати фізичні вправи, які потребують зусиль чи пов’язані з різкими рухами, необхідно зробити розминку. В іншому випадку можливі травми м’язів або їх розрив.
  З віком м’язи змінюються, вони ростуть, збільшуються в об’ємі. В старшому віці товщина м’язів зменшується, сила їх спадає. Однак, якщо людина багато рухається, займається фізичною працею, атрофія м’язів сповільнюється.
  Академік А.І.Берг відмітив, що в середині ХІХ ст. із всієї енергії, що вироблялася і споживалася на Землі, 94% припадало на мускульну силу людей та домашніх тварин, і лише 6% енергії виробляли водяні колеса, вітряні млини і невелика кількість парових машин. В наш час лише 1% енергії виробляється мускульною силою. Отже, зараз мільйони людей відчувають «мускульний голод». Ця проблема, пов’язана з «мускульним голодом», стає великим медичним завданням, так як вона визначає стан здоров’я людини. В’ялість м’язів послаблює організм людини, викликає ряд захворювань, скорочує термін її життя. Основні напрямки вирішення цієї проблеми – навантаження м’язів за допомогою занять фізичною культурою і спортом.



2. Живі організми виконують роботу

  Живі організми здатні виконувати роботу. З давніх давен люди використовували мускульну силу тварин. Сила м’язів тварин і людей дуже велика. Дослідження фізіологів показують, що робота, яку виконує організм при ходьбі, не змінюється, якщо людина робить від 110 до 150 кроків за хвилину, а при збільшенні швидкості зростає і при 180 кроках за хвилину стає більшою, ніж при бігу при 210-220 кроків за хвилину. Таким чином, повільний біг енергетично більш вигідніший, ніж швидка хода.
  Згадаємо формулу для потужності:
N=Fs/t.
Ми бачимо, що чим більше переміщення, тим менша сила, яка діє при одній і тій самій потужності. Тому, чим менше переміщення, тим більша сила, яка діє на тіло. Це пояснює багато біологічних та фізіологічних закономірностей в природі. Адже копита, бивні, роги тварин мають високу твердість. Удар по твердих частинах тіла (череп, суглоби) значно болючіші, ніж по інших м’яких тканинах. Збільшення шляху гальмування послаблює силу удару – згинання ніг під час приземлення після стрибка, волосяний покрив на підошвах кінцівок тварин, що стрибають та ін.
  Особливу увагу слід приділити роботі і потужності серця. У тварин частота ударів серця обернено пропорційна їх масі. Чим менша тварина, тим серце у неї б’ється швидше. У кита, наприклад, при масі тіла 150т серце робить 7 скорочень за хвилину, у слона (маса 3 т) – 46, у кота (маса 1.3т) – 240, а в синиці московки (маса 8г) – 1200 скорочень.
  Чим же пояснюється, що серце може працювати в такому темпі? Насамперед тим, що серцевий м’яз «відпочиває». В нормі серце людини робить 70-75 скорочень за хвилину. Скорочення серця триває 0.49сек, а після кожного скорочення 0.31сек триває пауза, протягом якої воно і «відпочиває». Крім того, щоб витримати величезні навантаження, серце повинно добре живитися, отримувати достатню кількість кисню. Тому у вищих тварин серце має свою потужну кровоносну систему.
  Кров людського організму здійснює повний круг за 20сек., здійснюючи за добу більше як 3700 обертів. У людини загальна довжина судин 100000км. Тому 7-8 літрів крові для їх заповнення недостатньо. Інтенсивно заповнюються тільки ті органи, які посилено працюють. Тому одночасна напружена робота всіх систем неможлива.
  Після приймання їжі найбільш енергійно функціонують органи травлення, тому до них поступає значна частина крові; для нормальної роботи головного мозку її не вистачає, тому людина і відчуває сонливість.
  Для того, щоб проштовхнути кров через капіляри і дрібні артеріоли, потрібна чимала сила. Хоча й загальна сумарна площа перерізу артерій зростає, і стає в кінцевому рахунку у 800 разів більше, ніж переріз аорти, по якій кров витікає із серця, опір від цього тільки збільшується. Адже у людини 100-160 мільярдів капілярів, а їх загальна довжина 60-80 тисяч кілометрів.
  Відомий російський фізіолог І.Ф.Ціон підрахував, що за період життя людини серце виконує роботу, що дорівнює зусиллю, якого б вистачило, щоб на високу вершину Європи Монблан (висота 4810м) підняти потяг. За кожне скорочення серце людини викидає в аорту від 60 до 80мл.крові, а при посиленій роботі – до 200мл., тобто приблизно стакан крові. В стані спокою серце людини за 1хв.перекачує 6л.крові, за 1год. – 3 мільйони літрів (1400автоцистерн знадобилось би для перевозки такого об’єму рідини). Протягом життя через наше серце проходить 150-250 тисяч тон крові. І це в стані спокою. При бігу на середні дистанції до м’язів повинно надходити в 10-20 разів більше крові. За 1хв. серцю доводиться «перекачувати» до 35-40л., тобто приблизно 3-4 відра.


3. Око як оптичний прилад.

  Можна припустити, що життя виникло за участі світла. На нашій планеті майже немає живих істот, які б могли жити без світла. Навіть одноклітинні, у яких немає очей, і ті відрізняють світло від темряви.
  Початок органу зору дало виникнення спеціальних світлочутливих клітин. До цього часу на Землі збереглись живі істоти, які фіксують світло при допомозі пігментних клітин. Серед них добре відомий дощовий черв’як. У нього немає очей, зате в шкірі багато світлочутливих клітин. З їх допомогою він відчуває незначні зміни освітленості. З таких розкиданих по всій поверхні тіла клітин і виникли в процесі еволюції очі. Спочатку це були просто плями, скупчення світлочутливих клітин. Такі очі добре відрізняють світло від темряви. Але напрям світла визначити не можуть.
  Подальша історія розвитку ока така: світлочутливі клітини потрапляють під прозорі покриви, з’являються екрани з пігментних клітин, які роблять неможливим освітлення із всіх сторін. Потім світлочутливі плями перетворюються в ямки чи навіть пухирці – перші справжні очі. Вони можуть ловити тільки світло, яке іде в певному напрямку, тому дуже легко визначають напрям падаючих променів. Потім з’являються світлозаломлюючі системи, окоруховий аппарат, які дозволяють вести пошук зорової інформації.
  Око людини побудоване так, як сучасний фотоапарат. Воно має спеціальні пристрої, які заломлюють світлові промені і фокусують їх на внутрішній поверхні задньої стінки ока, діафрагму, яка регулює кількість світла, що проникає всередину, і світлочутливі елементи, збудження яких по волокнах нервів транслюється в потиличні ділянки мозку, де, як на екрані телевізора, відбувається своєрідна розгортка, виникають зорові образи.

  Щоб добре бачити навколишні предмети, необхідно дуже точно сфокусувати очі на їх зображення. В сучасних фотоапаратах цього досягають переміщенням об’єктиву. Точно таку ж конструкцію можна зустріти в очах деяких хребетних. Кришталик, прозоре тіло, є одним із головних заломлюючих середовищ ока. У риб та амфібій кришталик може переміщуватися вздовж оптичної осі ока. У рептилій, птахів і деяких ссавців є спосіб, який дозволяє їм здійснювати фокусування, змінюючи кривизну кришталика, а значить, і його оптичну силу. Цікаво, що у кришталика змінюється кривизна його передньої поверхні, радіус якої коливається між 6 і 10мм. 
  У заломленні світла беруть участь, в основному, рогівка і кришталик. Показники заломлення рогівки і рідини, що за нею знаходиться, майже такі, як у води. Тому під водою зір людини погіршується. Світлові промені, які потрапляють в око, проходять крізь рогівку не заломлюючись, а один кришталик не в змозі сфокусувати світловий потік. У воді людина стає дуже далекозорою. Для водолазів і аквалангістів зображення виходить чітким, але предмети здаються на третину більшими, ніж насправді. (Між оком і водою шар повітря і скло).
  Рогівка риб, як і людини, не може у воді заломлювати світлові промені. Вона у них плоска, зате кришталик кулеподібний. У китів рогівка випукла, показник її заломлення великий, у фокусуванні беруть участь і рогівка, і кришталик. 
  Жуки-вітрячки живуть у воді, але є частими гостями на суші. Природа дала їм дві пари очей:одну для води, іншу – для повітряного середовища. 

  Очі тварин інколи досягають гігантських розмірів: у глибоководних молюсків до 20см в діаметрі, у глибоководних риб і молюсків очі мають телескопічну, видовжену форму і дуже великий зрачок. Все це створено для того, щоб зібрати всередині ока якнайбільше світла. У глибоководних риб і наземних хижаків внутрішня поверхня ока має блискучий шар, так зване дзеркальце, яке відбиває падаюче на нього світло. Завдяки цьому дзеркальцю світяться вночі собачі і котячі очі. Такі очі можуть максимально використовувати світло, яке в них потрапляє.
  Око людини здатне зберігати на сітківці зображення протягом 1/18сек. Завдяки тому, що під час демонстрації фільмів окремі діапозитиви змінюються з частотою 24 кадри за секунду, ми бачимо безперервне зображення. Птахи і комахи так довго зоровий образ на сітківці не зберігають. Це допомагає їм бачити навколишній світ при швидкому польоті. Зате вони не можуть дивитися кінофільми. Для того, щоб комахи побачили одне зображення, потрібно було б пропускати не менше як 200 кадрів за секунду.
  З оптичної точки зору око людини являє собою темну камеру приблизно сферичної форми діаметром 2.5см, в якій заломлюючими середовищами є рогова оболонка (показник заломлення n=1.38), кришталик (n=1.44) і рідини передньої камери і скловидного тіла (n=1.33). Оптична система ока створює на сітківці дійсне, обернене і зменшене зображення. Для чіткої видимості предметів, які знаходяться на різній віддалі, око повинно змінювати фокусну відстань кришталика, що досягається зміною кривизни його поверхні під дією м’язів повік. Такий процес називається акомодацією ока. При відсутності м’язового зусилля око сфокусоване на безкінечність (практично більш як 8-10м). 
  Другою умовою чіткої видимості є достатня освітленість предметів. Оскільки людина завжди має справу з різним освітленням предметів, в процесі еволюції виробилася і відповідна функція ока – адаптація, яка здійснюється насамперед зміною діаметра зрачка в межах від 2 до 8мм. 
  Третьою умовою чіткої видимості є те, що кут зору повинен бути більший граничного кута зору. У збільшенні кута зору і полягає призначення оптичних приладів.
  Важливою особливістю зорового аналізатора є здатність сприймати предмет, що розглядається, двома очима – бінокулярний зір, який дає можливість визначити відстань до предмета. 
  Відомі дефекти зору також пояснюються на основі законів геометричної оптики. Зображення може не потрапляти на сітківку як внаслідок деформації очного яблука, так і через скорочення границі акомодації, які легко виправити за допомогою окулярів. 


4. Теорія кольорового зору

  Яким же чином око сприймає колір предмета? Після відкриття дисперсії світла основною величиною, що визначає колір, стала довжина хвилі світла. Звідси визначення кольору в класичній оптиці: колір – це відчуття, яке виникає в сітківці ока при збудженні світлової хвилі певної довжини. Знаючи довжину хвилі, можна наперед з великою точністю сказати, який колір побачить око.
  Може статися так, що в сітківці ока ослаблюється чи зовсім зникає сприймання кольоровідчуття. Такий недолік зору називають дальтонізмом за прізвищем англійського вченого Д. Дальтона, який сам мав цей недолік і вперше описав його. Дальтоніків не допускають до водіння автотранспорту.  
  Дуже важливим добре відчуття кольорів є для моряків, пілотів, хірургів, хіміків, художників. Створені спеціальні пристрої – аномалоскопи – для дослідження порушень відчуття кольорів. 
  У тварин кольорова чутливість інша. Комахи бачать ультрафіолетові промені, а гримуча змія – інфрачервоні. Чутливість інфрачервоного локатора гримучої змії набагато більша, ніж чутливість подібної апаратури, створеної людиною. З його допомогою змія навіть в повній темряві легко знаходить здобич. Вона здатна фіксувати зміну температури на 0.0001 C!


  Відчуття кольору людиною дуже емоційне. Один із перших дослідників кольору, відомий німецький поет В.Гете, писав про властивість кольору створювати настрій людини: жовтий – веселить, зелений – заспокоює, синій – викликає сум. Колір може робити предмети «важкими», «легкими», «холодними», «теплими». Колір має величезний вплив на людину. Найкращий вплив на людину мають зелені і жовті кольори. Вони загострюють зір, пришвидшують зорові реакції, знижують тиск, загострюють слух. Червоний колір збуджує. Але жовтий колір не завжди корисний. Англійські психологи відмітили, що жовта кабіна літака викликає приступ «морської хвороби» навіть у самих досвідчених пілотів. Довготривала дія червоного кольору створює кольорову втому. Зелений колір допомагає швидко зняти больові відчуття, які викликані червоним кольором. Таким чином, колір бачить не око, а людина, і це дуже ускладнює теорію кольорового відчуття. І справедливо сказав один із фізіологів, який писав, що «…око – частина мозку, винесена на периферію для здійснення зв’язку із зовнішнім світом».
  Колір використовують для лікування деяких захворювань. У Франції, поблизу Парижу, є неврологічна клініка, де лікують кольором

5. Окуляри – найпростіший медичний прилад

Окуляри – найпростіший медичний прилад. Адже в процесі розвитку ока можуть виникнути відхилення від норми, внаслідок чого порушується умова доброго зору: зображення утворюється не на сітківці. З малюнків легко зрозуміти причину короткозорості та далекозорості і методи їх виправлення за допомогою окулярів




  Дещо важче виправити астигматизм органів зору, який виникає за рахунок деформації кришталика. В нормі поверхні кришталика дуже подібні до поверхні сфери. Однак інколи кривизна однієї із поверхонь чи одночасно двох стає в різних площинах різною. Тоді при розгляданні предмета виникає астигматизм: всі горизонтальні лінії певного напряму проектуються на екран і здаються чіткими, а лінії в площині, перпендикулярній до цього напряму, здаються розпливчастими. Астигматизм виправляється за допомогою так званих циліндричних лінз. Заломлююча поверхня таких лінз має різко виражений астигматизм: в залежності від розміщення по відношенню до джерела світла вони дають зображення круглого отвору S у вигляді горизонтальної чи вертикальної лінії. Тому циліндрична лінза підсилює чи послаблює заломлюючу властивість кришталика тільки в одній площині і «допомагає» йому проектувати на сітківку тільки лінії, які не виходили чіткими на сітківці ока.

Сьогодні використовуються все нові види і типи медичних окулярів – меніски, які вставляються в око (контактні лінзи), циліндричні скельця тощо. 



6. Від простого мікроскопа до спеціальних видів мікроскопії

  Можливості людського ока при розгляданні мілких предметів досить обмежені Для характеристики цих можливостей вводиться поняття про роздільну здатність і роздільну відстань. Роздільна відстань (z) – це відстань між двома найближчими точками, які бачить око роздільно. Для нормального ока, якщо відстань від предмета до ока дорівнює відстані найкращого зору (25см), то z=0.25мм. Точки, які лежать одна від одної ближче, ніж ця відстань, око не розрізняє, тобто не бачить окремо.
  Таким чином, якщо людині необхідно розгледіти деталі предмета, який менший роздільної здатності його ока, вона повинна скористуватися оптичними приладами – лупою, мікроскопом. Ці оптичні прилади збільшують кут зору на розглядуваний предмет, зменшують роздільну відстань і тому дозволяють побачити більшу кількість деталей (точок) предмета, тобто збільшують роздільну здатність. Чим менша роздільна відстань, тим більша роздільна здатність.
  Збільшення, які дає лупа, не задовольняють дослідників, в тому числі біологів та лікарів. Для отримання великих збільшень використовують мікроскоп.
  Людське око, хоча і має складну будову, проте не може побачити те, що недоступне йому. Розширити вікно, через яке людина сприймає навколишній світ – завдання, від розв’язання якої залежить розвиток дуже багатьох наук, в тому числі біології і медицини. 
  Розгледіти стан внутрішніх органів (стравохід, шлунок та ін.) – давня мрія лікарів. Першою людиною, у якої медики намагались побачити внутрішню поверхню шлунка, був шпагоглотач. Більш як сто років назад німецький лікар Куссмауль ввів йому в гортань металічну трубку довжиною 47см і товщиною 13мм. Але дослід не вдався: апарат був далекий від досконалості і освітлення від зовнішнього джерела не вистачало

Перший гастроскоп (прилад, за допомогою якого розглядається шлунок) сконструював відомий хірург Мікулич в 1882 році. Йому вдалося побачити внутрішню поверхню шлунка. Пізніше були виготовлені прилади з внутрішнім освітленням. 
   






Схема гастроскопії.

  Аналогічно побудовані цистоскоп (для дослідження сечового міхура), ректоскоп (для дослідження кишечника) та інші прилади. У всіх цих приладах світлові промені передаються по гнучких каналах – світловодах. По такому каналу-світловоду світло може йти по звивистому шляху. Світловий промінь рухається по дуже тонкому скляному волокну, показник заломлення якого більший за показник заломлення навколишнього середовища. Світловий промінь зазнає повного внутрішнього відбивання, потрапляючи на межу між склом і навколишнім середовищем під кутом більшим за граничний кут відбивання.

Світловод та хід променів в ньому. 
  Світловод складається із великої кількості таких волокон. Він може мати вигини, які лімітують тільки граничним кутом. Волоконна оптика – так називається розділ фізики, який займається розв’язанням цих проблем (рух світла по світловоду).
  Недавно в медицину прийшов ще один прилад, що працює на волоконній оптиці, - фіброскоп. Він дозволяє діагностувати захворювання жовчних шляхів та підшлункової залози. Зовнішній вигляд та схема його будови показана на малюнку. Тут 1, 2 – дванадцятипала кишка, 3 – шлунок, 4 – маніпуляцій ний кінець фіброскопа, на якому міститься: 5А – отвір для виходу повітря чи рідини, 5Б - об’єктив, 5В – місце виходу пучка світла, 5Г – вихідний отвір для щипчиків, 5Д – підіймач для щипчиків, 6 – гнучка частина 

фіброскопа, 7 – вигнута частина, 8 – окуляр, 9 – фотоапарат, 10 – джерело світла (освітлювач), 11 – галогенова лампа.
  Ще одним оптичним приладом, який використовується в медицині, є офтальмоскоп, що призначений для дослідження очного дна. Світло від джерела Л направляється сферичним дзеркалом на око хворого, і через отвір в центрі дзеркала діаметром близько 2мм лікар спостерігає освітлене очне дно. Помістивши між оком хворого і дзеркалом лінзу, можна отримати збільшене зображення очного дна. 






  Хід променів в офтальмоскопі.

  Більш зручним для використання при дослідженні порожнин вуха, горла, носа є ларингоскоп. Тут джерело світла може бути закріплене безпосередньо у ввігнутому дзеркалі, а сам прилад – на голові.

 

                                                                                                                                   Пентій В.М.- вчителька фізики