В шар земной упираясь ногами,
Солнца шар я держу на руках.
Я – как мост меж Землею и Солнцем,
И по мне Солнце сходит на Землю,
А Земля поднимается к Солнцу.
Так стою...Я, Человек.

Э. Межелайтиc

Человека изучают многие науки: философия, история, антропология, биохимия… и т.д. Но только рассматривая феномен человека целостно, мы сможем сформулировать ответ на вопрос: "Что же есть человек?"

Как устроен наш организм?
Как он работает?
Что полезно для здоровья?

Что опасно для жизни?
Попробуем порыться в литературе и разобраться!
Знаешь ли ты об интересных особенностях нашего организма?

Человеческая ДНК содержит около 80 000 генов.
В Древнем Риме люди жили в среднем не более 23 лет , а в 19 веке в США средняя продолжительность жизни не превышала 40 лет.
Мужчины считаются карликами при росте ниже 130 см, женщины - ниже 120 см.
Тело человека состоит из 639 мышц.
При улыбке у человека "работают" 17 мускулов.
В позвоночнике человека 33 или 34 позвонка.
При рождении в теле ребенка порядка 300 костей, во взрослом возрасте их остается всего 206.
Почти половина всех костей человека находятся в запястьях и ступнях.
Hогти на пальцах руки растут примерно в 4 раза быстрее, чем на ногах.
Кости человека на 50% состоят из воды.
Каждый палец человека за время жизни сгибается примерно 25 миллионов раз.
В состав человеческого организма входит всего 4 минерала: апатит, арагонит, кальцит и кристобалит.
Дети рождаются без коленных чашечек. Они появляются только в возрасте 2-6 лет.
Человеческий глаз способен различать 10 000 000 цветовых оттенков.
Явление, при котором от сильного света человек теряет способность видеть, называется "снежная слепота".
В среднем ты выделяешь 5 миллилитров слез - за год наберется большая бутылка.
Моргая 20 раз в минуту, ты тем самым увлажняешь глаза. В год это составляет более 10 миллионов мускульных сокращений.
Чихнуть с открытыми глазами невозможно.
Женщины моргают примерно в 2 раза чаще, чем мужчины.
Мужчины примерно в 10 раз чаще женщин страдают дальтонизмом.
Люди с голубыми глазами более чувствительны к боли, чем все остальные.
Человек мигает в среднем каждые 6 секунд , это значит, что в течение жизни мы опускаем и поднимаем веки около 250 миллионов раз.

В среднем волосы человека растут со скоростью 12 мм в месяц.
У блондинов борода растет быстрее , чем у брюнетов.
Человеческий волос толще мыльной пленки примерно в 5000 раз .
В спокойном состоянии ты вдыхаешь и выдыхаешь 16 раз в минуту, за это время через легкие проходит 8 литров воздуха. За год таким количеством воздуха можно было бы наполнить два воздушных шара.
Поверхность легких - порядка 100 квадратных метров.
Правое легкое человека вмещает в себя больше воздуха, чем левое.
Взрослый человек делает примерно 23 000 вдохов (и выдохов) в день.
Площадь поверхности человеческих легких примерно равна площади теннисного корта.
Самая сильная мышца в человеческом организме - язык.
В организме человека порядка 2000 вкусовых рецепторов.
Во рту человека около 40 000 бактерий. В среднем мозг человека весит около 1,3кг.
Человеческий мозг генерирует за день больше электрических импульсов, чем все телефоны мира вместе взятые.
С момента рождения в мозгу человека уже существует 14 миллиардов клеток, и число это до самой смерти не увеличивается. Hапротив, после 25 лет оно сокращается на 100 тысяч в день.
За минуту, потраченную вами на чтение страницы, умирает около 70 клеток.
После 40 лет деградация мозга резко ускоряется, а после 50 нейроны (нервные клетки) усыхают и сокращается объем мозга.
В головном мозге человека за одну секунду происходит 100 000 химических реакций.
Человек - единственный представитель животного мира, способный рисовать прямые линии.
Длина волос на голове, отращиваемых в среднем человеком в течение жизни - 725 километров.
Ударяясь головой об стену можно терять 150 калорий в час.
Мелкие кровяные сосуды-капилляры в 50 раз тоньше самого тонкого человеческого волоса.
Средний диаметр капилляра состав­ляет примерно 0,008мм.
В молодой коже содержится невероятное кол-во воды - 8 литров.
Ежедневно ты теряешь через кожу до 2 литров. Поскольку процесс отмирания кожных клеток занимает 120 дней, значит за год ты трижды меняешь кожу.
За время жизни кожа человека сменяется примерно 1000 раз.
Твое сердце в состоянии покоя бьется 80 раз в минуту, перекачивая 5 литров крови.
За год сердце производит 42 миллиона сокра­щений и перекачивает столько крови, что ею можно было бы наполнить несколько бассейнов.
36 800 000 - количество сердцебиений у человека за один год.
Размер сердца человека примерно равен величине его кулака.
Вес сердца взрослого человека составляет 220-260 г. Hервные импульсы в человеческом теле перемещаются со скоростью примерно 90 метров в секунду.
В теле взрослого человека около 75 километров (! ) нервов.
Желудочный сок человека содержит 0,4% соляной кислоты (HCl).
У человека примерно 2 миллиона потовых желез. Средний взрослый человек с каждым литром пота теряет 540 калорий.
Мужчины потеют примерно на 40% больше, чем женщины.
Тонкая кишка человека при жизни имеет длину порядка 2,5 метров.
После его смерти, когда мускулатура стенки кишки расслабляется, ее длина достигает 6 метров.
Общий вес бактерий, живущих в организме человека, составляет 2 килограмма.
Человек способен распознавать только пять запахов: цветочный, специфический (ли­мон, яблоко и т. д.), жженый (кофе и т. п.), гнилой (тухлые яйца, сыр и т. д.) и эфирный (бензин, алкоголь).
Человек, заблудившийся во время густого тумана или пурги, почти всегда ходит по кругу, что объясняется несимметричностью нашего тела, то есть отсутствием полного равновесия между правой и левой половинами тела человека.
Человек, оказывается, дрожит только для того, чтобы согреться.
Человек, который выкуривает пачку сигарет в день, выпивает пол-чашки смолы в год.

Как человек переносит различную высоту над уровнем моря?

Смертельная зона - более 8 км: человек может находиться на этой высоте без дыхательного аппарата лишь короткое время - 3 минуты, а на высоте 16 км - 9 секунд, после чего наступает смерть.
Критическая зона - от 6 до 8 км: серьезные функциональные расстройства жизнедеятельности организма.
Зона неполной компенсации -от4 до 5 км: ухудшение общего самочувствия.
Зона полной компенсации - от 2 до 4 км: некоторые нарушения в деятельности сердца, органов чувств и др. систем благодаря мобилизации резервных сил организма быстро исчезают.
Безопасная зона - от 1,5 до 2 км: не наблюдается существенных сбоев в работе организма человека.

Температуры, являющиеся критическими для человеческого организма
(при нормальном давлении и относительной влажности)

Нормальная температура для большинства людей - от 36,3 до 37С
Критическая температура, сопровождающаяся потерей сознания - выше 42С
Смертельная температура - выше 43С
Температура, приводящая к замедлению процессов мозга - ниже 34С
Критическая температура, соапровождающаяся потерей сознания - ниже 30С
Смертельная температура, возникает фибрилляция сердца, прекращается кровообращение - ниже 27С

Основные физические параметры крови.

Все параметры даны для температуры тела - 37С
Плотность - 1050 кг /куб.м
Вязкость - 0,004 Па.с
Вязкость плазмы крови - 0,0015 Па.с
Коэфф-т диффузии гемоглобина в воде - 0,00000000007 кв.м с
Поверхностное натяжение 0,058 Н/ м
Температура замерзания (плавления) - минус 0,56С
Удельная теплоемкость - 3000 Дж/ кг.К

Электрические характеристики тканей тела человека

Удельное сопротивление:
...мышцы - 1,5 Ом.м
...кровь - 1,8 Ом.м
...кожа - №№0000 Ом.м
...кость - 1000000 Ом.м

...кровь -85,5
...кожа - от 40 до 50
...кость -от 6 до 10

Теплоотдача организма человека

Потеря энергии от общего баланса:
...на дыхание и испарение воды - 13%
...на работу внутренних органов и систем - 1,87%
...на нагрев выдыхаемого воздуха - 1,55%
...на испарение воды с поверхности кожи - 20,7%
...на нагрев окружающего пространства - 30,2%
...на излучение - 43,8%

Механические параметры человека

Средняя плотность человека - 1036 кг куб.м
Средняя скорость движения крови:
...в артериях - от0,2 до 0,5 м с
...в венах - от 0,1 до 0,2 м с
Скорость распространения раздражения по нервам - от 400 до 1000 м с
Сила, развиваемая работающим сердцем:
...в начальной фазе сокращения - 90 Н
...в конечной фазе сокращения - 70Н
Работа сердца за сутки - 86400 Дж
Масса крови, выбрасываемая сердцем за сутки - 5200 кг
Мощность, развиваемая при быстрой ходьбе - 200 Вт

Электрические параметры человека

Удельное сопротивление тканей тела:
...верхнего слоя сухой кожи - 330000 Ом.м
...крови - 1,8 Ом.м
...мышцы - 1,5 Ом.м
Диэлектрическая проницаемость:
...сухой кожи - от 40 до 50
...крови - 85
Сопротивление человека от конца одной руки до конца другой (при сухой коже) - 15000 Ом
Смла тока через тело человека:
...безопасная - меньше 0,001 А
...опасная для жизни - больше 0,05 А
Безопасное электрическое напряжение:
...сухое помещение - меньше 12 В
...сырое помещение - меньше 36 В

Оптические параметры человека

Длительность сохранения глазом зрительного ощущения - 0,14 с
Диаметр глазного яблока взрослого человека - 25 мм
Показатель преломления хрусталика - 1,4
Оптическая сила:
...хрусталика - от 19 до 33 диоптрий
...всего глаза - 60 диоптрий
Диаметр зрачка:
...при дневном освещении - 2 мм
...при ночном освещении - от 6 до 8 мм
Внутриглазное давление - 104 кПа (780 мм рт. ст.)
Число палочек в сетчатке глаза - 130 млн
Число колбочек в сетчатке глаза - 7 млн
Минимальный размер изображения на сетчатке, при котором две точки предмета воспринимаются раздельно - 0,002 мм
Длина волны света к которой глаз ниболее чувствителен - 555 мм

Радиационные параметры человека

Допустимая доза излучения - до 0,25 Гр
Доза излучения, вызывающая лучевую болезнь - от1 до 6 Гр
Смертельная доза излучения - от 6 до 10 Гр

«Все тела, небесный свод, звезды, Земля и ее царства не идут в сравнение с самым низким из умов, ибо ум несет в себе знание обо всем этом, тела же не знают ничего.»

В курсе физики, изучаемом в современной школе, практически не уделяется внимания на физические параметры, характеризующие человека. Однако в связи с изучением вопросов психологии в школе, моделировании процессов, происходящих в живых организмах, в технике, развитием такой науки как бионика у учащихся всё чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека.

В ходе изучения данного курса учащиеся не только удовлетворят свои образовательные потребности, но и получат навыки исследовательской деятельности, познакомятся с методами исследования в физике и биологии, получат краткие данные о медицинской и биологической аппаратуре. Навыки, полученные при работе с измерительными приборами, выполнение практических работ и постановка эксперимента пригодятся в дальнейшей научно-технической деятельности. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет им установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, сформирует интерес не только к физике, но и биологии.

Программа курса носит практико-ориентированный характер с элементами научно-исследовательской деятельности. Данный элективный курс может быть использован для преподавания в классах с биолого-химическим или медицинским профилями.

Изучение элективного курса рассчитано на 17 часов, из них на изучение теоретических вопросов 7,3 ч. (43%), практических занятий (решение задач, выполнение лабораторных работ) –9,7 ч. (57%)

Основные цели курса:

• Показать учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму, перспективное развитие науки и техники, а также показать в каких сферах профессиональной деятельности им пригодятся полученные на спецкурсе знания.
• Создать условия для формирования и развития интеллектуальных и практических умений у учащихся в области физического эксперимента.
• Развивать познавательную активность и самостоятельность, стремление к саморазвитию и самосовершенствованию.

Задачи курса:

• Способствовать формированию познавательного интереса к физике, развитию творческих способностей у учащихся.
• Развивать интеллектуальную компетентность учащихся.
• Формировать навыки выполнения практических работ, ведения исследовательской деятельности.
• Совершенствовать навыки работы со справочной и научно популярной литературой.

По окончании изучения курса учащиеся должны

• знать:
  • какие физические законы можно использовать при объяснении процессов, происходящих в организме человека;
  • особенности своего организма с точки зрения законов физики.
• уметь:
  • работать с различными источниками информации;
  • наблюдать и изучать явления, описывать результаты наблюдений;
  • моделировать явления, отбирать нужные приборы, выполнять измерения, представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков, ставить исследовательские задачи.

Основное содержание курса

Содержание курса качественно отличается от базового курса физики. На уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Однако очень важно, чтобы у учащихся постепенно складывались убеждения в том, что, причинно-следственная связь явлений имеет всеобщий характер и что, все явления, происходящие в окружающем нас мире, взаимосвязаны. В курсе рассматриваются вопросы, направленные на развитие интереса к физике, к экспериментальной деятельности, формирование умений работать со справочной литературой. По окончании изучения курса учащиеся составляют “Физический паспорт человека”.

Механические параметры человека – 10 ч.

Физика. Человек. Биофизические исследования в физике. Линейные размеры различных частей тела человека, их масса. Плотности жидкостей и твердых тканей, из которых состоит человек.
Кинематические величины и тело человека.
Движение тела в поле силы тяжести. Свободное падение. Время реакции человека. Движение тела, брошенного под углом к горизонту.
Первый закон Ньютона. Инерция в живой природе. Второй закон Ньютона. Определение силы человека. Динамика мышечной ткани. Третий закон Ньютона.
Тело человека в гравитационном поле земли. Условия длительного существования человека на космической станции. Меры защиты летчиков и космонавтов от ускорения. Невесомость и перегрузки.
Прямохождение и опорно-двигательная система человека. Ходьба человека. Виды суставов. Деформация костей, сухожилий, мышц. Прочность биологических материалов. Строение костей с точки зрения возможности наибольшей деформации.
Проявление силы трения в организме человека, естественная смазка. Тормозной путь.
Давление. Атмосфера и человек. Дыхание. Давление жидкости. Давление крови. Законы движения крови в организме человека.
Сохранение равновесия живыми организмами. Центр тяжести тела человека. Рычаги в теле человека.
Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности. «Энергетика» и развитие человека. Применение закона сохранения энергии к некоторым видам движения человека.
Роль атмосферного давления в жизни человека. Осмотическое давление. Изменение кровяного давления в капиллярах. Органы дыхания.
Лабораторные работы.

• Проведение антропологических измерений
• Определить среднюю скорость движения.
• Определение времени реакции человека.
• Градуировка динамометра и определение становой силы человека.
• Определение коэффициентов трения подошв обуви человека о различные поверхности.
• Определение мощности, развиваемой человеком.

Колебания и волны в живых организмах – 2 ч.

Колебания и человек. Происхождение биоритмов. Сердце и звуки, сопровождающие работу сердца и легких, их запись.
Звук как средство восприятия и передачи информации. Орган слуха. Ультразвук и инфразвук. Область слышимости звука. Голосовой аппарат человека. Характеристики голоса человека.
Лабораторная работа.

• Определение дыхательного объема легких человека.
• Проведение инструментальных измерений и функциональных проб.
• Подсчет пульса до и после дозированной нагрузки.
• Изучение свойств уха.

Тепловые явления – 1 ч.

Терморегуляция человеческого организма. Влажность. Органы дыхания. Тепловые процессы в теле человека. Человек как тепловой двигатель. Лабораторная работа.

• Подсчет энергетических затрат и определение калорийности рациона

Электричество и магнетизм – 2 ч.

Электрические свойства тела человека. Биоэлектричество. Бактерии – первые электрики Земли. Фоторецепторы, электрорецепторы, биоэлектричество сна. Электрическое сопротивление органов человека постоянному и переменному току.
Человек в мире электромагнитных излучений.
Лабораторная работа.

• Определение сопротивления тканей человека постоянному и переменному электрическому току.

Оптические параметры человека – 1 ч.

Строение глаза человека. Сила аккомодации глаза. Оптическая сила. Дефекты зрения и способы их исправления. Особенности зрения человека. Разрешающая способность глаза человека. Как получается, что мы видим. Для чего нам два глаза. Спектральная и энергетическая чувствительность глаза.
Лабораторная работа.

• Наблюдение некоторых психофизиологических особенностей зрения человека.
• Определение характеристических параметров зрения человека.
• Определение спектральных границ чувствительности человеческого глаза.

Система аттестации учащихся. После окончания изучения курса зачет ставится при выполнении следующих условий:

• Активное участие в подготовке и проведении семинаров, конференций, выпуске газет, изготовлении моделей.
• Выполнение не менее половины лабораторных работ.
• Выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского характера.
• Составление “Физического паспорта человека”.

Тематическое планирование курса

№ п/п	Тема занятия	Количество часов
		всего	теория	практика
Механические параметры человека (10 ч)
1.	Физика. Человек. Окружающая среда.
2.	Кинематика и тело человека.
3.	Движение тела в поле силы тяжести.
4.	Законы Ньютона в жизни человека.
5.	Гравитация и человек.
6.	Прямохождение и опорно-двигательная система человека.
7.	Проявление силы трения в организме человека.
8.	Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности.
9.	Статика в теле человека.
10.	Давление и тело человека.
Колебания и волны в живых организмах (2 ч)
11.	Колебания и человек.
12.	Звук.
Тепловые явления (1 ч)
13.	Тепловые процессы в теле человека.
Электричество и магнетизм. (2 ч)
14.	Электрические свойства тела человека
15.	Человек в мире электромагнитных излучений.
Оптические параметры человека (1 ч)
16.	Глаз и зрение
17.	Конференция.
	Итого:

К первой группе относятся: вес отдельных частей тела человека, плотность, модуль упругости и модуль сдвига мягких и жестких тканей тела, скорости распространения волн напряжения в тканях и их характеристические импеданцы.[ ...]

Вторую группу производных характеристик составляют: показатели относительного затухания колебаний при их распространении по телу от места возбуждения, частотные характеристики входных механических импе-данцев в зоне контакта тела с вибрирующими поверхностями, переходные механические нмпеданцы для любой точки поверхности тела, частоты собственных колебаний структур тела.[ ...]

Примечание. Вес кисти 0,6 кг, предплечья 1,6 кг, плеча 2,3 кг.[ ...]

В табл. 4 приведены усредненные по данным Н. Н. Хавкина, Coldman (цит. по Harris и Crede, 1961) и Woodson и Conover (1968) веса отдельных частей тела человека в относительных к общему весу и в абсолютных величинах. Последние относятся к средним показателям для мужчин ростом 175 см, и весом 70 кг.[ ...]

В табл. 6 по тем же литературным источникам указаны усредненные изменения жесткости К и диссипативного сопротивления R мягких тканей тела при их смещении под действием статической нагрузки, отнесенной к площади 1 см2.[ ...]

Эти данные были получены Franke (цит. по Harris и Crede, 1961) только на двух исследуемых и характеризовались разбросом показаний. Тем не менее можно видеть, что при нагрузках, вызывающих смещения тканей, не превышающие 5 мм, жесткость К и сопротивление R изменяется практически линейно с изменением нагрузки. При смещениях более 5 мм ткани тела обнаруживают характерную нелинейность их упруго-вязких свойств.[ ...]

Из производных механических характеристик тела человека рассмотрим в первую очередь затухание колебаний при их распространении по телу от места возбуждения. Впервые это ослабление для частоты 50 Гц исследовал в 1939 г. Вёкеву.[ ...]

Для нас исследование затухания колебаний при их распространении по телу человека представляло интерес в несколько ином аспекте, а именно в сопоставлении особенностей затуханий колебаний различных частот при действии вибрации через стопы ног или ладони с целью уточнения понятий «локальных» и «общих» вибраций и для определения величины рецептивной зоны, охваченной колебательным движением.[ ...]

Исследования были нами проведены и на 10 практически здоровых мужчинах (по десять опытов на каждом) в диапазоне частот от 8 до 125 Гц и при действии вибраций на стопы и ладони. Источником колебаний служил механический вибростенд ВУС-70/200. Исследуемый либо становился па платформу стенда, либо, находясь вне ее, нажимал сверху вниз на вибрирующую рукоятку, укрепленную к платформе, осуществляя контроль за заданной силой нажима по стрелочному прибору. Распространение вибраций регистрировалось измерительной аппаратурой фирмы «Брюль и К/ьер» с 30-граммовым датчиком, прижимаемым рукой испытателя к костным выступам в фиксированных точках тела. Замеренные уровни колебательной скорости усреднялись с определением среднеквадратичных отклонений, колебавшихся в пределах ±2-5 дБ.[ ...]

Влияние мышечного напряжения на проводимость вибрации тканями руки мы исследовали измеряя интенсивность вибрации в одинаковых точках- на плече испытуемых - в условиях одинакового уровня колебательной скорости в зоне контакта с вибрирующей поверхностью, но при разных силах нажима на рукоятку.[ ...]

Таблицы к данной главе:

Конкурс научных проектов школьников

в рамках краевой научно-практической конференции «Эврика»

Малой академии наук учащихся Кубани

Исследование механических параметров человека.
Секция: «Физика»

Ерёменко Марина Юрьевна, 11класс,

МОУ СОШ №5 МО Кореновский район,

ст. Платнировская.
Научный руководитель:

Коломиец Наталия Леонидовна,

учитель физики МОУ СОШ №5

МО Кореновский район,

ст. Платнировская.

г. Кореновск

Работу выполнила: ученица

11 кл. МОУ СОШ №5

МО Кореновский район

Ерёменко Марина Юрьевна

Содержание стр.

1. 
   Введение ………………………………………………………………………………....2
2. 
   Плотность тела человека………………………………………………………… ...…...3
   1. 
      Теоретическая часть……………………………………………………………..3
   2. 
      Практическая часть…………………………………………………………..…..3
      1. 
         Определение плотности тел нескольких

человек и сравнение полученных результатов…………………….............3

1. 
   Скорость реакции человека………………………………………………….………….4
   1. 
      Теоретическая часть……………………………………………………………..4
   2. 
      Практическая часть………………………………………………………………5
      1. 
         Определение времени реакции человека…………………………………..5
      2. 
         Сравнение скорости реакции двух человек………………………….…….6
      3. 
         Сравнение времени реакции водителей……………………………….….7
2. 
   Жизненная ёмкость лёгких человека…………………………………………….……..8
   1. 
      Теоретическая часть……………………………………………………………..8
   2. 
      Практическая часть……………………………………………….………...…..10
      1. 
         Определение жизненной емкости легких теоретическим методом…..…10
      2. 
         Определение жизненной емкости легких

практическим способом при помощи шарика……………………..……..10

1. 
   Заключение………………………………………………………………………...……11

Список используемой литературы…………………………………………………..…….13

Приложения………………………………………………………………………………....14

«Исследование механических параметров человека»

Работу выполнила: ученица

11 кл. МОУ СОШ №5

МО Кореновский район

Ерёменко Марина Юрьевна

1. 
   Введение.

В современном мире все чаще и чаще проявляется повышенный интерес к изучению физики человека. Это связанно с бурным развитием таких наук как медицина, биофизика, психология и др.

На школьных уроках законы физики рассматриваются в основном на неживых объектах. Но исследование проявлений законов физики в организме человека играет, безусловно, важную роль. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов поможет установить причинно-следственные связи в живой и не живой природе, раскрыть единство окружающего мира, показать единство законов природы и применимость законов физики и к живым организмам.

Тема данной работы «Исследование механических параметров человека».

Объект исследования: Законы физики в организме человека.

Предмет исследования: Механические параметры человека: объем и плотность тела, время реакции человека, жизненная емкость легких.

Цель данной работы:определить некоторые механические параметры человека, выяснить зависимость определенных практическим путем механических параметров от индивидуальных особенностей человека (возраст, профессия, образ жизни, самочувствие и т. п.), установить значение этих параметров для жизнедеятельности человека.

Источниковой базой для проведения исследования является:

Теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;

Результаты практических работ по определению некоторых механических параметров организма человека.

В процессе исследования поставлены следующие задачи :

Изучить и проанализировать теоретический материал о проявлении законов физики в организме человека;

Провести практические работы по определению некоторых механических параметров организма человека;

Проанализировать и обработать результаты практических измерений, необходимых для определения механических параметров человека;

Обобщить результаты исследования и сделать выводы о зависимости механических параметров человека от его индивидуальных особенностей.

В работе использовались следующие научные методы исследования:

Анализ и обработка теоретического материала о применении законов физики к организму человека (применение законов механики для определения механических параметров человека);

Постановка опытов и проведение практических измерений для определения механических параметров человека;

Анализ и обработка результатов измерений, полученных опытным путем;

Обобщение результатов исследования и выводы.
«Исследование механических параметров человека»

Работу выполнила: ученица

11 кл. МОУ СОШ №5

МО Кореновский район

Ерёменко Марина Юрьевна

1. 
   Плотность тела человека.
   1. 
      Теоретическая часть.

Понятие «Плотность» имеет очень широкое применение во всех областях физики. Плотность - это физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма .

Теперь о человеке. Известно, что в целом плотность тела человека очень близка к плотности воды, так как человек на 60-90 % состоит из неё. * (* - ссылка на литературу.)

Средняя плотность тела человека в разных источниках составляет от 870 до 1120 кг/м 3

Точной цифры нет, потому что плотность каждого человека различна и зависит от особенностей индивидуального строения, а ещё от объема воздуха в легких.

Также считается, что полный человек имеет меньшую плотность, мускулистый – большую; так как удельная плотность жира 0. 918 г/см 3 , а плотность мышц - 1.049 г/см 3

Чаще всего средняя плотность тела человека принимается за 1036 кг/м 3 .

1. 
   Практическая часть.
   1. 
      Определение плотности тел нескольких человек и сравнение полученных результатов.

Производим измерения длины (a) и ширины (b) ванны. После чего ванна заполняется водой. Ставиться метка, обозначающая уровень воды в ванной. Человек погружался в воду с головой. Ассистент ставит метку, помечая, таким образом, новый уровень воды в ванной. Измеряет высоту подъема воды (h). Вычисляем объем вытесненной воды, а, следовательно, и объем тела человека (V).

Вычисляем плотность человека по формуле:
,

где m - его масса, V – объем, полученный экспериментальным путем.

Форма ванны не представляет собой параллелепипед, но так как формы разных моделей ванн сходны, то погрешности измерения будут приблизительно равны, а значит, на чистоте эксперимента эти погрешности отражаться не будут.

Плотность тела зависит от пола (Средняя плотность тела парней выше, чем у девушек), от образа жизни (Плотность тела спортсменов выше. Следует отметить, что просматривается зависимость плотности тела человека от выбранного вида спорта.) (см. Приложение № 1, Таблица №2.) .
«Исследование механических параметров человека»

Работу выполнила: ученица

11 кл. МОУ СОШ №5

МО Кореновский район

Ерёменко Марина Юрьевна

1. 
   Скорость реакции человека.
   1. 
      Теоретическая часть.

Скорость реакции является одним из основных качеств живого организма. Очень важно быстро реагировать на внешние раздражающие воздействия, потому что среди них могут быть опасные или даже смертельные.

От начала действия раздражителя до момента реакции всегда проходит определенное время, после чего включаются мышечные механизмы ответного действия, быстрота которых уже зависит от скорости движений тела. Время задержки определяется скоростью обмена веществ и является индивидуальной особенностью каждого организма. Оно не поддается тренировке, потому что невозможно увеличить скорость передачи нервных импульсов.

Скорость реакции человека определяется работой нервной системы и скоростью работы мышц.

У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет 0,1-0,3 секунды. (см. Приложение № 2.).

Время реакции - важнейшая характеристика организма человека. Как ни странно, лидерские качества человека тоже зависят от времени реакции. А также, одним из самых важных качеств водителя является его время реакции на изменение дорожной обстановки. Временем реакции называется промежуток времени от момента появления зрительного или слухового сигнала об изменившейся обстановке до соответствующего ответного действия водителя. Например, время до нажатия на тормозную педаль или поворота рулевого колеса от момента появления сигнала. Реакция у различных людей неодинакова. Например, время реакции является одной из важнейших характеристик водителей, у большинства водителей время реакции лежит в пределах от 0,5 до 2,0 с.

Экспертиза ГИБДД и МВД использует более точные формулы и методики для определения времени реакции водителя. Но чаще всего при анализе ДТП экспертам важнее знать время начала торможения или тормозной путь, в этом случае

время реакции водителя по стандарту принято считать 0.8 с.

Разумеется, всегда желательно, чтобы время реакции было как можно меньше (что соответствует большей скорости реакции), так как торможение автомобиля фактически начинается только по истечении этого времени.

Если, например, автомобиль движется со скоростью 90 км/ч, то за 1 сек он проходит 25 м. Следовательно, если время реакции водителя равно 1 с, то на протяжении 25 м тормоза автомобиля даже не будут приведены в действие! Таким образом, "цена" всего лишь одной десятой доли секунды в этом примере 2,5 м движения автомобиля. (см. Приложение № 3.), что может стоить жизни перебегающему дорогу человеку, видящему автомобиль на достаточном по его мнению расстоянии.

1. 
   Практическая часть.
   1. 
      Определение скорости реакции человека.

Берется деревянная линейка 50 см в длину, на ней ставиться засечка (посередине). На стене делается отметка.

Ассистент прижимает вертикально расположенную линейку к стене так, чтобы засечка на ней совпадала с отметкой на стене.

Затем, отвлекая внимание участника эксперимента, отпускает линейку в свободное падение. Участник должен остановить падение линейки, так быстро, как сможет.

Ассистент отмечает новое положение засечки линейки и производит замер её полета (h), т.е. расстояние между отметками на стене.

Скорость реакции вычисляется по формуле: t=,

где - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с., t –скорость реакции, с, - расстояние между отметками на стене (см. Приложение № 4.).

Анализ полученных результатов:

Знак « - » обозначает, что участник опыта не успел остановить линейку до того как она коснулась пола. Количество участников с замедленной реакцией оказалось равно 70%.

1. 
   Сравнение скорости реакции двух человек.

Сравнить скорость реакции двух человек можно и более простым способом.

Первый партнер становится напротив и располагает открытую ладонь так, чтобы второму было удобно по ней бить своей ладонью. Второй партнер бьет по ладони первого в произвольные моменты времени. Задача первого - убрать ладонь (один балл), задача второго – попасть (один балл), в случае неудачи того или другого – 0 баллов. Ведется счёт (наибольшее число очков – лучшая скорость реакции). Затем партнеры меняются. (см. Приложение № 5.)

Анализ полученных результатов:

Скорость реакции человека (см. Приложение №5) зависит от индивидуальных особенностей партнеров.

У одних участников опыта (Витя) скорость реакции не зависит от особенностей источника сигнала (индивидуальных особенностей партнера); у других (Марина, Вадик, Кирилл) скорость реакции зависит от особенностей источника сигнала; у третьих (Саша) скорость реакции всегда меньше независимо от особенностей источника сигнала (всегда меньше, чем у партнера).

Таким образом, по результатам опыта участник Витя - обладает максимальной скоростью реакции. Марина, Вадик, Кирилл – обладают хорошей скоростью реакции, но она зависит от особенностей источника сигнала, а значит не во всех случаях от этих участников можно ожидать должной скорости реакции (Например, Витя отреагирует мгновенно торможением и на красный сигнал светофора, и на перебегающего неожиданно улицу человека. Марина, Вадик, Кирилл – отреагировав мгновенно на красный сигнал светофора, могут не сразу отреагировать на перебегающего улицу человека.)

Данным способом можно определить максимальную, среднюю, минимальную скорость реакции, не измеряя отдельно скорость реакции каждого участника опыта, а сравнив полученные результаты.

1. 
   Время реакции водителей.

Ассистенты договариваются с водителем о скорости движения транспортного средства (водитель выбирает удобную для него скорость в соответствии с личным транспортным средством) и о ключевом слове, обозначающим остановку (например, слово «Стоп»). Один ассистент договаривается с другим о месте, в котором водитель должен начать торможение (были выбраны три пункта - пересечение улиц Некрасова и Третьякова, Хлеборобской и Третьякова, Маркова и Третьякова.). Водителю не сообщается это место. Первый ассистент садится в машину с водителем и от точки начала эксперимента (пересечения улиц Кучерявого и Третьякова) начинает движение с водителем по прямой (по одной улице). (см. Приложение № 6.) Набрав определенную скорость (обговоренную ранее), водитель должен постараться двигаться равномерно. Доехав до места торможения, первый ассистент произносит ключевое слово. Водитель должен среагировать и начать торможение. После полной остановки транспортного средства второй ассистент, наблюдавший за торможением, измеряет тормозной путь. Примерное время реакции водителя определяем по таблице (см. Приложение № 3.). Данный опыт повторяем 3 раза для каждого водителя, определяя после эксперимента среднее время реакции.

Главная задача опытов - измерить тормозной путь и вычислить скорость реакции водителя по специальной таблице. Но при этом не должна была создаваться помеха уличному движению. Из-за этой проблемы пришлось подбирать время проведения опытов. (В основном это было ранее утро, когда движение в выбранном районе отсутствует). Еще одна проблема была в том, что все опыты по разным обстоятельствам нельзя было провести в один день, а погодные условия могли повлиять на состояние покрытия дороги и, следовательно, на точность опытов. Учитывая это, все опыты проводились при сходных погодных условиях (покрытие дороги должно быть сухим). Измерения проводились по три раза, в таблицу вносилось среднеарифметическое значение трех результатов.

Чистота измерений в экспериментах осложнялась тем, что каждый водитель участвовал в опыте на своем транспортном средстве (разные технические характеристики и возможности). Это обстоятельство нельзя было изменить, так как каждый водитель привык к вождению именно своего транспортного средства и переход на другое мог внести еще более существенную разницу в условия проведения опыта для каждого водителя (см. Приложение № 7., Таблица №1.)

Эти же опыты проводились после изменения состояния водителя (см. Приложение № 7, Таблица №2.)

Для практических расчетов и теоретических исследований систем виброзащиты оператора используют динамические модели тела человека в виде аналитических соотношений (например, частотных характеристик) или в виде эквивалентных механических систем (как правило, с несколькими степенями свободы).

При экспериментальных исследованиях и испытаниях систем «человек-машина» в экстремальных условиях применяют специальные имитаторы (антропоморфные манекены), заменяющие человека-испытателя в опасных для него условиях.

Расчетные динамические модели, а также антропоморфные манекены должны быть эквивалентными телу человека по следующим основным показателям: а) геометрическим размерам и формам, б) распределению масс частей тела (в частности, по расположению центров масс частей тела, значениям этих масс и моментов инерции), в) видам соединений отдельных звеньев, г) упругим и демпфирующим свойствам

На рис. 1, а представлена примерная схема конструкции типичного манекена, а на рис. 1,б - усредненные антропометрические данные тела человека.

Усредненные инерционные характеристики отдельных частей (сегментов) тела человека приведены на рис. 2, Значения масс даны в процентах от общей массы человека; значения моментов инерции относительно осей, проходящих через центр масс сегмента, расположение центра масс указано в процентах от длины сегмента.

Положение общего центра масс зависит от позы, принимаемой человеком (рис. 3).

Соединения между отдельными звеньями тела человека (или эквивалентного манекена) представляют собой кинематические пары, обладающие различными степенями подвижности (в ограниченных пределах), Идеализированные схемы соединений Звеньев тела приведены в табл, 1.

(см. скан)

(кликните для просмотра скана)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

Наибольшие значения углов поворота некоторых частей тела, обусловленных подвижностью соответствующих суставов, даны в табл. 2.

Нужные для построения моделей тела человека основные физико-механические параметры , характеризующие упругодемпфирующие свойства тканей человека, триведены в табл, 3 (средние значения).

Рис. 3. Положение центра масс тела сидящего человека

(см. скан)

Зависимости напряжений от относительных деформаций для биологических тканей имеют нелинейный характер; в табл. 4 приведены эти зависимости, полученные для образцов мягких и костных тканей человека .

Характеристики крутильной жесткости элементов скелета человека приведены в табл. 5 в виде крутящего момента приложенного к торцовым сечениям элемента, в зависимости от угла взаимного поворота сечений .