• Имеют ли право коллекторы описывать и продавать имущество должника?
• Особенности обжалования определений арбитражного суда по корпоративным спорам Какие определения арбитражного суда обжалованы
• Кто имеет право отключать эл
• Как чистить и готовить замороженные мидии без панциря
• Определение психотипов и типы отношений между ними
• Лечебная диета при гипертонии
• Что можно кушать при повышенном давлении?
• Во франции самый молодой президент страны вступил в должность Макрона приветствовали залпами из орудий
• Последствия европейской колонизации для стран востока
• Подготовка к новому учебному году — испытание для родителей 

Чтобы оценить эксплуатационные свойства изделий и определить физические и механические характеристики материалов, используются различные инструкции, ГОСТы и другие регламентирующие и рекомендательные документы. Рекомендуются и методы испытаний на разрушение целой серии изделий или однотипных образцов материала. Это не слишком экономичный метод, но эффективный.

Определение характеристик

Основные характеристики механических свойств материалов следующие.

1. Временное сопротивление или предел прочности - та сила напряжения, которая зафиксирована при наибольшей нагрузке перед разрушением образца. Механические характеристики прочности и пластичности материалов описывают свойства твёрдых тел сопротивляться необратимым изменениям формы и разрушению под влиянием внешних нагрузок.

2. Условным называется напряжение, когда остаточная деформация достигнет 0,2% длины образца. Это наименьшее напряжение в то время, как образец продолжает деформироваться без заметного увеличения нагрузок.

3. Пределом длительной прочности называют наибольшее напряжение, при данной температуре вызывающее в течение определённого времени разрушение образца. Определение механических характеристик материалов ориентируется на предельные единицы длительной прочности - разрушение происходит при 7 000 градусах по Цельсию за 100 часов.

4. Условным пределом ползучести называется напряжение, вызывающее при данной температуре за определённое время в образце заданное удлинение, а также скорость ползучести. Пределом считается деформация металла за 100 часов при 7 000 градусах по Цельсию на 0,2%. Ползучестью называется определённая скорость деформации металлов при постоянном нагружении и высокой температуре в течение длительного времени. Жаропрочность - это сопротивление материала разрушению и ползучести.

5. Пределом выносливости называют наибольшее значение напряжения цикла, когда усталостного разрушения не происходит. Число циклов нагружения может быть заданное или произвольное, в зависимости от того, как запланированы механические испытания материалов. Механические характеристики включают в себя усталость и выносливость материала. Под действием нагрузок в цикле накапливаются повреждения, образуются трещины, приводящие к разрушению. Это усталость. А свойство сопротивления усталости - выносливость.

Растяжение и сжатие

Материалы, которые применяются в инженерной практике, разделяются на две группы. Первая - пластичные, для разрушения которых должны появиться значительные остаточные деформации, вторая - хрупкие, разрушающиеся при очень малых деформациях. Естественно, такое деление весьма условно, потому что каждый материал в зависимости от создаваемых условий может повести себя и как хрупкий, и как пластичный. Это зависит от характера состояния напряжения, от температуры, от скорости деформирования и других факторов.

Механические характеристики материалов при растяжении и сжатии красноречивы и у пластичных, и у хрупких. Например, малоуглеродистую сталь испытывают растяжением, а чугун - сжатием. Чугун - хрупкий, сталь - пластична. Хрупкие материалы имеют большую сопротивляемость при сжатии, при деформации растяжения - хуже. Пластичные имеют примерно одинаковые механические характеристики материалов при сжатии и растяжении. Однако определяется их порог всё-таки растяжением. Именно этими способами можно более точно узнать механические характеристики материалов. Диаграмма растяжения и сжатия представлена в иллюстрациях к данной статье.

Хрупкость и пластичность

Что же такое пластичность и хрупкость? Первое - это способность не разрушаться, получая остаточные деформации в больших количествах. Такое свойство является решающим для важнейших технологических операций. Изгиб, волочение, вытяжка, штамповка и многие другие операции зависят от характеристик пластичности. К пластичным материалам относятся отожжённая медь, латунь, алюминий, малоуглеродистая сталь, золото и тому подобные. Гораздо менее пластичны бронза и дюраль. Совсем слабо пластичны почти все легированные стали.

Характеристики прочности пластичных материалов сопоставляют с пределом текучести, о котором будет сказано ниже. На свойства хрупкости и пластичности большое влияние оказывают температура и скорость нагружения. Быстрое натяжение придаёт материалу хрупкость, а медленное - пластичность. Например, стекло - материал хрупкий, но оно выдерживает длительное воздействие нагрузки, если температура нормальная, то есть показывает свойства пластичности. А пластична, однако при ударной резкой нагрузке проявляется как материал хрупкий.

Метод колебаний

Физико-механические характеристики материалов определяются возбуждением продольных, изгибных, крутильных и других, ещё более сложных а зависимости от размеров образцов, форм, типов приёмника и возбудителя, способов крепления и схем приложения динамических нагрузок. Крупногабаритные изделия тоже подлежат испытаниям с помощью данного метода, если существенно изменить методику применения в способах приложения нагрузки, возбуждения колебаний и регистрации их. Этим же методом определяются механические характеристики материалов, когда нужно оценить жёсткость крупногабаритных конструкций. Однако при локальном определении в изделии характеристик материала этот способ не используется. Практическое применение методики возможно только тогда, когда известны геометрические размеры и плотность, когда возможно закрепление изделия на опорах, а на самом изделии - преобразователей, нужны определённые температурные условия и т.д.

Например, при смене температурных режимов происходит то или иное изменение, механические характеристики материалов при нагревании становятся другими. Практически все тела в этих условиях расширяются, что влияет на их структуру. Любое тело имеет те или иные механические характеристики материалов, из которых оно состоит. Если по всем направлениям эти характеристики не изменяются и остаются одинаковыми, такое тело называют изотропным. Если же физико-механические характеристики материалов изменяются - анизотропным. Последнее является характерной чертой практически всех материалов, просто в разной степени. Но есть, например, стали, где анизотропность весьма незначительна. Наиболее ярко она выражена в таких естественных материалах, как дерево. В производственных условиях определяют механические характеристики материалов посредством контроля качества, где используются различные ГОСТЫ. Оценка неоднородности получается из статистической обработки, когда суммируются результаты испытаний. Образцы должны быть многочисленными и вырезанными из конкретной конструкции. Такой способ получения технологических характеристик считается довольно трудоёмким.

Акустический метод

Акустических методов для того, чтобы определить механические свойства материалов и их характеристики, достаточно много, и все они отличаются способами ввода, приёма и регистрации колебаний в синусоидальном и импульсном режимах. Используются акустические методы при исследовании, например, строительных материалов, их толщины и напряжённости состояния, при дефектоскопии. Механические характеристики конструкционных материалов также определяются с помощью акустических методов. Сейчас уже разрабатываются и серийно выпускаются многочисленные разнообразные электронные акустические приборы, которые позволяют регистрировать упругие волны, параметры их распространения как в синусоидальном, так и в импульсном режиме. На их основе определяются механические характеристики прочности материалов. Если используются упругие колебания малой интенсивности, этот метод становится абсолютно безопасным.

Недостатком акустического метода является необходимость акустического контакта, который далеко не всегда возможен. Поэтому работы эти не слишком производительны, если нужно срочно получить механические характеристики прочности материалов. Огромное влияние на результат оказывает состояние поверхности, геометрические формы и размеры исследуемого изделия, а также среда, где проводятся испытания. Чтобы преодолеть эти сложности, конкретную задачу нужно решать строго определённым акустическим методом или, напротив, использовать их сразу несколько, это зависит от конкретной ситуации. Например, стеклопластики хорошо поддаются такому исследованию, поскольку хорошая скорость распространения упругих волн, а потому широко используется сквозное прозвучивание, когда приёмник и излучатель располагаются на противоположных поверхностях образца.

Дефектоскопия

Методы дефектоскопии применяются для контроля за качеством материалов в различных областях промышленности. Бывают неразрушающие и разрушающие методы. К неразрушающим относятся следующие.

1. Для определения трещин на поверхностях и непроваров применяется магнитная дефектоскопия . Участки, которые имеют такие дефекты, характеризуются полями рассеивания. Обнаружить их можно специальными приборами или же просто наложить слой магнитного порошка на всю поверхность. На местах дефектов расположение порошка будет меняться уже при наложении.

2. Дефектоскопия проводится и с помощью ультразвука . Направленный луч будет по-разному отражаться (рассеиваться), если даже глубоко внутри образца имеются какие-нибудь несплошности.

3. Дефекты в материале хорошо показывает радиационный метод исследования , основанный на разнице в поглощении излучения средой различной плотности. Используется гамма-дефектоскопия и рентген.

4. Химическая дефектоскопия. Если поверхность протравить слабым раствором азотной, соляной кислоты или их смесью (царская водка), то в местах, где есть дефекты, проявляется сеточка в виде чёрных полосок. Можно применить метод, при котором снимаются серные отпечатки. В местах, где материал неоднороден, сера должна менять цвет.

Разрушающие методы

Разрушающие методы здесь уже частично разобраны. Образцы испытывают на изгиб, сжатие, растяжение, то есть применяются статические разрушающие методы. Если же изделие испытывают переменными циклическими нагрузками на ударный изгиб - определяются динамические свойства. Макроскопические методы рисуют общую картину строения материала и в больших объёмах. Для такого исследования нужны специально шлифованные образцы, которые подвергаются травлению. Так, можно выявить форму и расположение зёрен, например, в стали, наличие кристаллов с деформацией, волокона, раковины, пузыри, трещины и прочие неоднородности сплава.

Микроскопическими методами изучается микроструктура и выявляются мельчайшие пороки. Образцы таким же образом предварительно шлифуют, полируют и потом подвергают травлению. Дальнейшее испытание предполагает использование электрических и оптических микроскопов и рентгеноструктурного анализа. Основой этого метода служит интерференция лучей, которые рассеиваются атомами вещества. Контролируется характеристика материала с помощью анализа рентгенограммы. Механические характеристики материалов определяют их прочность, что является главным для построения конструкций надёжных и безопасных в эксплуатации. Поэтому материал проверяется тщательно и разными методами во всех состояниях, какие он способен принять, не потеряв высокий уровень механических характеристик.

Методы контроля

Для проведения неразрушающего контроля за характеристиками материалов большое значение имеет правильный выбор эффективных методов. Наиболее точны и интересны в этом плане методы дефектоскопии - контроль дефектов. Здесь необходимо знать и понимать различия между способами реализации методов дефектоскопии и методов определения физико-механических характеристик, поскольку они принципиально отличаются друг от друга. Если последние основываются на контроле физических параметров и последующей их корреляции с механическими характеристиками материала, то дефектоскопия зиждется на прямом преобразовании излучения, которое отражается от дефекта или проходит контролируемую среду.

Лучше всего, конечно, контроль комплексный. Комплексность заключается в определении оптимальных физических параметров, по которым можно выявить прочностные и прочие физико-механические характеристики образца. А также одновременно разрабатывается и затем осуществляется оптимальный комплекс средств контроля над дефектами структуры. И, наконец, появляется интегральная оценка данного материала: определяется его работоспособность по целому комплексу параметров, которые помогли определить неразрушающие методы.

Механические испытания

С помощью таких испытаний проверяются и оцениваются механические свойства материалов. Этот вид контроля появился очень давно, но до сих пор не потерял своей актуальности. Даже современные высокотехнологичные материалы потребители достаточно часто и ожесточённо критикуют. А это говорит о том, что экспертизы должны проводиться тщательнее. Как уже было сказано, механические испытания можно подразделить на два вида: статические и динамические. Первые проверяют изделие или образец на кручение, растяжение, сжатие, изгиб, а вторые - на твёрдость и на ударную вязкость. Современное оборудование помогает выполнять эти не слишком простые процедуры качественно и выявлять все эксплуатацонные свойства данного материала.

Испытанием на растяжение можно выявить сопротивляемость материала к воздействию приложенного постоянного или возрастающего растягивающего напряжения. Метод старый, испытанный и понятный, используемый очень давно и до сих пор широко. Образец растягивается вдоль по продольной оси посредством приспособления в испытательной машине. Скорость растяжения образца постоянная, нагрузка измеряется специальным датчиком. Одновременно контролируется удлинение, а также соответствие его прилагаемой нагрузке. Результаты таких испытаний чрезвычайно полезны, если нужно содавать новые конструкции, поскольку пока никто не знает, как они себя поведут под нагрузкой. Подсказать может только выявление всех параметров упругости материала. Максимальное напряжение - предел текучести выносит определение максимальной нагрузки, которую данный материал может выдержать. Это поможет вычислить запас прочности.

Испытание твёрдости

Жёсткость материала рассчитывается по Сочетание текучести и твёрдости помогает определить упругость материала. Если в технологическом процессе присутствуют такие операции, как протяжка, прокатка, прессование, то величину возможной пластической деформации знать просто необходимо. При высокой пластичности материал сможет принять любую форму при соответствующей нагрузке. Методом выявления запаса прочности может служить также и испытание на сжатие. Особенно если материал является хрупким.

Твёрдость испытывают с помощью идентора, который выполнен из гораздо более твёрдого материала. Чаще всего проводится по методу Бринеля (вдавливается шарик), Виккерса (идентер в форме пирамидки) или Роквелла (используется конус). В поверхность материала вдавливается идентор с определённой силой в определённый период времени, а потом изучается оставшийся на образце отпечаток. Есть и другие достаточно широко применяемые испытания: на ударную прочность, например, когда оценивается сопротивление материала в момент приложения нагрузки.

Исследуя движения человека, измеряют:

1.количественные показатели механического состояния тела

2.двигательной функции тела

3.характер самих движений.

Регистрируют биомеханические характеристики тела: размеры, пропорции, распределение масс, подвижность в суставах и др., движений всего тела и его частей (звеньев).

Биомеханические характеристики - это меры механического состояния биосистемы и его изменения (поведения).

Количественные характеристики измеряются, или вычисляются; они имеют численное значение и выражают связи одной меры с другой (скорость - пример связи пройденного пути со временем, затраченным на него). Изучая количественные характеристики, дают определение (что это такое) и устанавливают способ измерения (чем измеряется).

Качественные характеристики описываются обычно словесно, без точной количественной меры (например, напряженно, свободно, плавно, рывком).

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Кинематика движений человека определяет геометрию (пространственную форму) движений и их изменения во времени (характер) без учета масс и действующих сил. Она дает в целом только внешнюю картину движений. Причины же возникновения и изменения движений (их механизм) раскрывает уже динамика.

Кинематические характеристики тела человека и его движений - это меры положения и движения человека в пространстве и во времени: пространственные, временные и пространственно-временные.

Кинематические характеристики дают возможность сравнивать размеры тела и его звеньев, а также кинематические особенности движений у разных спортсменов. От учета этих характеристик во многом зависит индивидуализация техники спортсменов, поиск оптимальных именно для них особенностей движений.

Системы отсчета расстояния и времени

Движения человека и спортивных снарядов можно измерить только сравнивая их положения с положением выбранного для сравнения тела (тело отсчета), т. е. все движения рассматриваются как относительные.

Система отсчета (расстояния ) - условно выбранное твердое тело, по отношению к которому определяют положение других тел в разные моменты времени.

В мире не существует абсолютно неподвижных тел, все тела движутся. Но одни из них движутся так, что изменения их скорости (ускорения) несущественны для решения данной задачи и ими можно пренебречь, - это инерциальные системы отсчета. Такие тела - Земля и тела, связанные с нею неподвижно (дорожка, лыжня, гимнастический снаряд). В подобной системе покоящиеся тела не испытывают действия сил; значит, в ней ни одно движение не начинается без действия силы.

Другие тела движутся с ускорениями, которые существенно влияют на решение данной задачи, - это неинерциальные системы отсчета (скользящая лыжа, раскачивающиеся кольца) 1 . В таких случаях способы расчета и объяснения особенностей движений уже иные, что надо обязательно учитывать.

С телом отсчета связывают начало и направление измерения расстояния и устанавливают единицы отсчета. Для точного определения спортивного результата правила соревнований предусматривают, по какой точке (пункт отсчета) ведется отсчет (по уровню лыжных креплений, по выступающей точке грудной клетки спринтера, по заднему краю следа приземляющегося прыгуна и т. п.).

Движущееся тело рассматривают либо как материальную точку, положение которой определяют, либо на нем выделяют пункты отсчета (определенная точка на теле человека). В случае вращательного движения выбирают линию отсчета. Для описания (задания)

движения применяют естественный, векторный и координатный способы.

При естественном способе положение точки - дуговую координату л - отсчитывают от начала отсчета 0, выбранного на заранее известной траектории (рис. I , а). При векторном способе положения точки определяют радиус-вектором г (рис. 1, б), проведенным из центра 0 данной системы координат к интересующей точке (А).

Рис. 1.

Система отсчета расстояний:

а - естественная, 6 - векторная, в и г - прямоугольных координат: в - на плоскости, г - В пространстве

При способе прямоугольных координат (на плоскости и в пространстве) точку пересечения взаимно перпендикулярных координатных осей О (начало координат) принимают за начало отсчета (рис. 1, в, г). Чтобы определить положение некоторой точки А (пункт отсчета) относительно начала отсчета, находят ее проекции (А„ , А у , А 7 ) на оси координат. Расстояния от начала координат до проекций этих точек на осях координат (координаты в пространстве: ОА К - абсцисса, О/4 У - ордината и ОА 7 -аппликата) определяют положение точки А в данной системе отсчета 0 ху7 . Когда точка А перемещается в пространстве, то изменяются численные значения координат.

Устанавливают единицы измерения расстояния - линейные и угловые. В международной системе единиц (СИ) принята основная.

линейная единица - метр (м), кратная ей - километр (1 км= 1000 м), дольные - сантиметр (1 см = 0,01 м), миллиметр (1 мм = 0,001 м) и др 1 . Из угловых единиц применяются: а) градус, минута, секунда - при измерении углов (окружность = 360°, градус = 60" , минута = 60"); б) оборот - при приближенном подсчете поворотов вокруг оси (оборот = 360°, пол-оборота = 180° и т.д.); в) радиан (для расчетов по формулам) - угол между двумя радиусами круга, вырезающими на окружности дугу, равную по длине радиусу (радиан =57° 17 44",8"; 1° = 0,01745 рад.).

Системы отсчета времени

В систему отсчета времени входят определенное начало и единицы отсчета.

За начало отсчета времени принимают: а) полночь - во всех учреждениях, на транспорте, на предприятиях связи и т. п.; б) полночь и полдень - в обычных житейских условиях и в) судейское время («секундомеры на ноль») - в условиях соревнований. В биомеханике за начало отсчета времени обычно принимается либо момент начала всего движения или его части, либо момент начала наблюдения за движением. В течение одного наблюдения пользуются только одной системой отсчета времени.

За единицу отсчета времени принимают секунду (с; 60с=1 мин; 60 мин = 1 час), а также доли секунды - десятая, сотая, тысячная (миллисекунда). Направление течения времени в действительности - от прошлого к будущему. Исследуя движение, можно отсчитывать время и в обратном направлении - к прошлому (за 0,02 с до удара; 0,05 с до отрыва ноги от опоры и т. д.).

Пространственные характеристики

Пространственные характеристики позволяют определять положения, например исходное для движения и конечное (по координатам), и движения (по траекториям).

Движения человека можно изучать рассматривая его тело (в зависимости от поставленных задач) как материальную точку, как одно твердое тело или как систему тел.

Тело человека рассматривают как материальную т о ч -к у, когда перемещение тела намного больше, чем его размеры (если не исследуют движения частей тела и его вращение).

Тело человека приравнивают к твердому телу, когда можно не принимать во внимание взаимные перемещения его звеньев и деформации тканей, когда важно учитывать лишь его размеры, расположение в пространстве и ориентацию (в частности, при изучении условий равновесия, вращения тела в постоянной позе).

Тело человека изучают как систему тел, когда важны еще

и особенности движений звеньев тела, влияющие на выполнение двигательного действия.

Поэтому, определяя основные пространственные характеристики движений человека (координаты и траектории), заранее уточняют, к какому материальному объекту (точке, телу, системе тел) приравнивают в данном случае тело человека.

Координаты точки, тела и системы тел

Координаты точки - это пространственная мера местоположения точки относительно системы отсчета. Местоположение точки определяют измеряя, например, ее линейные координаты ух, л- у, г 2 ; формула размерности" : [л]= Ь.

По координатам определяют, где находится изучаемая точка (например, пункт отсчета на теле человека) относительно начала отсчета. Как известно, положение точки на линии определяет одна координата, на плоскости - две, в пространстве - три координаты. Положение твердого тела в пространстве можно определить по координатам трех его точек (не лежащих на одной прямой). Можно также определить местоположение одной из точек тела (по ее линейным координатам) и ориентацию тела относительно системы отсчета (по угловым координатам).

Положение системы тел (звеньев тела человека), которая может изменять свою конфигурацию (взаимное расположение звеньев), определяют по положению каждого звена в пространстве (рис. 2, а). Удобно использовать при этом угловые координаты (рис. 2,6), например суставные углы, и по ним, устанавливать позу тела как взаимное, расположение его звеньев. Практически нередко сочетают: 1) определение " местоположения какой-либо точки (например, общего центра масс тела или точки опо-)ы); 2) определение позы (взаимного расположения звеньев), 3) опре-;еление ориентации тела (по линии отсчета, проведенной в теле).

Изучая движение, нужно определить: 1) исходное положение, из оторого движение начинается 2 ; 2) конечное положение, в котором вижение заканчивается; 3) ряд мгновенных (непрерывно сменяющихся) ромежуточных положений, которые принимает тело при движении.

Кинокадры какого-либо упражнения показывают как раз такие положения. В механике описать движение (найти закон движения) - значит определить положение любой точки системы в любой момент времени. Иначе говоря, определить в любой момент времени координаты пунктов или линий отсчета, отмеченных на теле, по которым изучают его движение в пространстве.

Траектория точки

Траектория точки - это пространственная характеристика движения: геометрическое место положений движущейся точки в рассматриваемой системе отсчета. На траектории определяют ее длину, кривизну и ориентацию в пространстве, а также перемещение точки.

Траектория - это непрерывная линия, воображаемый след движущейся точки 1: она дает пространственный рисунок движения точки (рис. 3). Расстояние по траектории показывает, каков путь точки 2: = Ь-

В прямолинейном движении (направление его не изменяется) (рис. 4) путь точки при движении в одну сторону равен расстоянию от начального положения до конечного. В криволинейном движении (направление его изменяется) путь точки равен расстоянию по траектории в направлении движения от начального положения до конечного.

Кривизна траектории (к) показывает, какова форма движения точки в пространстве. Чтобы определить кривизну траектории, измеряют радиус кривизны (К). Кривизна - величина, обратная радиусу:

Если траектория является дугой окружности, то ее радиус кривизны постоянный. С увеличением кривизны ее радиус уменьшается, и наоборот, с уменьшением - увеличивается.

Ориентация траектории в пространстве при одной и той же ее форме может быть разная. Ориентацию для прямолинейной траектории определяют по координатам точек начального и конечного положений; для криволинейной траектории - по координатам этих двух точек и третьей точки, не лежащей с ними на одной прямой линии.

Перемещение точки показывает, в каком направлении и на какое расстояние сместилась точка. Перемещение (линейное) находят по разности координат точки в моменты начала и окончания движения (в одной итой же системе отсчета оасстояния):

Перемещение определяет размах и направление движения. В случае, когда в результате движения точка вернулась в исходное положение,

перемещение, естественно, равно нулю. Перемещение - это не само движение, а лишь его окончательный результат, расстояние по прямой и ее направление от начального до конечного положения.

Рассматривают элементарное перемещение (ей) точки - из данного положения в положение, бесконечно близкое к нему. Геометрическая сумма элементарных перемещений равна конечному перемещению из начального положения в конечное. На криволинейной траектории элементарное перемещение считают равным пути.

Перемещение тела при поступательном и вращательном движении измеряется различно. Перемещение тела линейное (в поступательном его движении) можно определить по линейному перемещению любой его точки. Ведь в поступательном движении прямая, соединяющая две любые точки тела, перемещаясь (прямолинейно либо криволинейно), остается параллельной своему начальному положению. Все точки тела движутся одинаково: по подобным траекториям, с одинаковыми скоростями и ускорениями. Достаточно из координаты конечного положения любой точки тела вычесть соответствующую координату ее начального положения, чтобы определить перемещение всего тела.

Перемещение тела угловое (во вращательном его движении) определяют по углу поворота. При вращательном движении тела в нем имеется линия, все точки которой остаются во время всего движения неподвижными (лежат на оси). Остальные же точки тела движутся по дугам окружностей, центры которых лежат на этой неподвижной линии - оси вращения (рис. 4, в). Рассматривают также элементарное угловое перемещение (с/ф) тела из данного углового положения в положение, бесконечно близкое к нему.

Любое движение тела в пространстве можно представить как геометрическую сумму его поступательного и вращательного (относительно любого полюса, в частности его центра масс) движений.

Перемещение системы тел (биомеханической системы), изменяющей свою конфигурацию, определить намного сложнее. В самых упрощенных случаях движение ее рассматривают как движение одной материальной точки - обычно общего центра масс (ОЦМ). Тогда можно проследить за перемещением всего тела человека «в целом», оценить в известной мере общий результат его двигательной деятельности. Но останется неизвестным, в результате каких именно движений достигнуто перемещение ОЦМ. Иногда перемещение тела человека представляют в виде перемещения условно связанной с ним линии (линия отсчета).

Изучение движений звеньев тела человека позволяет более подробно рассмотреть перемещение его тела. В некоторых случаях несколько подвижных частей (например, все кости стопы, кисти или предплечья, даже туловища) рассматриваются как одно звено - тогда уже можно в общих чертах уловить особенности движений, хотя взаимное движение многих звеньев не учитывается и их деформациями пренебрегают. Однако получить полную картину перемещений всех основных элементов тела (включая и внутренние органы, и жидкие ткани) при существующих методах исследования пока еще невозможно. В любом научном исследовании приходится прибегать к более или менее значительному упрощению.

В машинах, характеризующихся определенностью движений, имеется вполне определенный закон движений. В биомеханических системах, характеризующихся неопределенностью движений в сочленениях, стараются добиваться требуемой определенности, но возможности найти закон движения всех звеньев тела в целом очень невелики. Они несколько больше в видах спорта, где техническое мастерство проявляется (и в значительной мере) именно в точном воспроизведении заранее заданных, детально определенных движений (например, в гимнастике, фигурном катании на коньках).

Временные характеристики

Временные характеристики раскрывают движение во времени: когда оно началось и закончилось (момент времени), как долго длилось (длительность движения), как часто выполнялось движение (темп), как они были построены во времени (ритм). Вместе с пространственно-временными характеристиками они определяют характер движений человека.

Определяя, где была точка в пространстве, необходимо определить, когда она там была.

Момент времени

Момент времени - это временная мера положения точки тела и системы. Момент времени (г) определяют промежутком времени до него от начала отсчета..

Момент времени определяют не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных положений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения: заканчивается одна часть (фаза) движения и начинается следующая (например, отрыв стопы от опоры в беге - это момент окончания фазы отталкивания и начала фазы полета). По моментам времени определяют длительность движения.

Длительность движения

Длительность движения - это его временная мера, которая измеряется разностью моментов времени окончания и начала движения:

Длительность движения представляет собой промежуток времени между двумя ограничивающими его моментами времени. Сами моменты (как границы между двумя смежными промежутками времени) длительности не имеют. Ясно, что, измеряя длительность, пользуются одной и той же системой отсчета времени. Узнав расстояние, пройденное точкой, и длительность ее движения, можно определить ее скорость. Зная длительность движений, определяют также их темп и ритм.

Темп движений

В повторных движениях одинаковой длительности темп характеризует их протекание во времени.

Темп движений " - это временная мера их повторности. Он измеряется количеством движений, повторяющихся в единицу времени (частота движений):

Темп - величина, обратная длительности движений. Чем больше длительность каждого движения, тем меньше темп, и наоборот. В повторяющихся (циклических) движениях темп может служить показателем совершенства техники. Например, частота движений у лыжников, пловцов, гребцов высокой квалификации (при более высокой скорости передвижения) больше, чем у менее подготовленных. Известно, что с утомлением темп движений изменяется: он может повышаться (например, при укорочении шагов в беге) или понижаться (например, при неспособности поддерживать его в лыжном ходе).

Ритм движений

Ритм движений (временной) - это временная мера соотношения частей движений. Он определяется по соотношению длительности частей движения:

Ритм движений характеризует, например, отношение времени опоры к времени полета в беге или времени амортизации (сгибания колена) к времени отталкивания (выпрямления ноги) при опоре. Примером соотношения длительности и частей движения может служить ритм скользящего шага на лыжах (соотношение длительности пяти фаз шага). С изменением темпа шагов изменяется и их ритм (рис. 5). Кроме временных можно определить еще пространственные показатели ритма (например, отношение длины выпада в шаге на лыжах к длине скольжения).

Чтобы определить ритм (временной), выделяют фазы, которые различаются по задаче движения, по его направлению, скорости, ускорению и другим характеристикам. Ритм отражает прилагаемые усилия, зависит от их величины, времени приложения и других особенностей движений. Поэтому по ритму движений можно в известной мере судить об их совершенстве. В ритме особенно важны акценты - большие усилия и ускорения - их размещение во времени. При овладении упражнениями иногда лучше сначала задать ритм, чем подробно описывать детали движений; это помогает быстрее понять особенности изучаемого упражнения, его построение во времени.

В каждом движении есть различающиеся части, например подготовительные и исполнительные (основные) движения, разгон и торможение. Значит, ритм можно определить в каждом упражнении. Так называемые «неритмичные» движения - это не вообще лишенные рит-

ма движения, а движения с отклонениями от заданного рационального ритма. Иначе говоря, неритмичные движения - это движения без определенного постоянного ритма или с неправильным, нерациональным ритмом.

Пространственно-временные характеристики

По пространственно-временным характеристикам определяют, как изменяются положения и движения человека во времени, как быстро человек изменяет свои положения (скорость) и движения (ускорение).

Скорость точки и тела

Скорость точки - это пространственно-временная мера движения точки (быстроты изменения ее положения). Скорость равна первой производной по времени от расстояния в рассматриваемой системе отсчета:

Скорость точки определяется по изменению ее координат во времени. Скорость - величина векторная, она характеризует быстроту движения и его направление. Так как скорость движений человека чаще всего не постоянная, а переменная (движение неравномерное и криволинейное), для разбора упражнений определяют мгновенные скорости.

Мгновенная скорость - это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории, как бы скорость равномерного движения на очень малом участке траектории около данной точки траектории. Мгновенную скорость можно себе представить как такую, которую сохранило бы тело с того момента, когда все силы перестали на него действовать. Средняя же скорость - это такая скорость, с которой точка в равномерном движении за то же время прошла бы весь рассматриваемый путь. Средняя скорость позволяет сравнивать неравномерные движения.

Скорость точки (линейная) в прямолинейном движении направлена по траектории, в криволинейном - по касательной к траектории в каждой рассматриваемой ее точке.

Скорость тела определяют по скорости его точек. При поступательном движении тела линейные скорости всех его точек одинаковы по величине и направлению. При вращательном движении определяют угловую скорость тела как меру быстроты изменения его углового положения. Она равна по величине первой производной по времени от углового перемещения:

Чем больше расстояние от точки тела до оси вращения (т. е. чем больше радиус), тем больше линейная скорость точки. Скорость вращательного движения твердого тела (в радианах) равна отношению линейной скорости каждой точки к ее радиусу (при постоянной оси вращения). Угловая скорость (со) для всех точек тела, кроме лежащих на оси, одинакова:

Значит, линейная скорость любой точки вращающегося тела, не лежащей на оси, равна его угловой скорости, умноженной на радиус вращения этой точки (расстояние от нее до оси вращения). Скорости сложного движения твердого тела можно определить по линейной скорости любого полюса и угловой скорости вращения тела относительно этого полюса (например, вокруг оси, проходящей через центр масс - ЦМ).

Скорость системы тел, изменяющей свою конфигурацию, нельзя определить таким же образом, как угловую скорость твердого тела. В этом случае определяют линейную скорость ОЦМ системы. Часто определяют линейные скорости точек звеньев тела (проекций осей суставов на поверхность тела). Кроме того, при изменениях позы определяют угловые скорости звеньев тела относительно суставных осей; эти скорости обычно изменяются по ходу движедия. Для биомеханического обоснования техники нужно в каждом случае выбрать, какие скорости каких звеньев и точек следует определить.

1 Надо всегда указывать, скорость какого объекта определяется (например, скорость бегуна), а не «скорость движения».

Ускорение точки и тела

Ускорение точки - это пространственно-временная мера изменения движения точки (быстрота изменения движения - по величине и направлению скорости). Ускорение точки равно первой производной по времени от скорости этой точки в рассматриваемой системе отсчета:

Ускорение точки определяется по изменению ее скорости во времени. Ускорение - величина векторная, характеризующая быстроту изменения скорости по ее величине и направлению в данный момент (мгновенное ускорение) 1 .

Касательное ускорение будет положительным, когда скорость точки увеличивается, и отрицательным, когда она уменьшается. Если касательное ускорение равно нулю, то скорость по величине постоянная. Если нормальное ускорение равно нулю, то направление скорости постоянное.

Угловое ускорение тела определяется как мера быстроты изменения его угловой скорости. Оно равно первой производной по времени от угловой скорости тела:

Различают ускорение тела линейное (в поступательном.движении) и угловое (во вращательном движении). Отношение линейного ускорения каждой точки вращающегося тела к ее радиусу равно угловому ускорению (е) в радианах в секунду в квадрате. Значит, линейное ускорение любой точки вращающегося тела равно по величине его угловому ускорению, умноженному на радиус вращения этой точки:

Ускорение системытел* изменяющей свою конфигурацию, определяется еще сложнее, чем скорость. Ускорение служит хорошим показателем качества приложенных усилий (рис. 6).

" Среднее ускорение за время движения, особенно в тех случаях, когда оно меняет знак, обычно не определяют, поскольку оно не характеризует достаточно подробности (детали) движения.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Все движения человека и движимых им тел под действием сил изменяются по величине и направлению скорости. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и ход их изменений), исследуют динамические характеристики. К ним относятся инерционные характеристики (особенности тела человека и движимых им тел), силовые (особенности взаимодействия звеньев тела и других тел) и энергетические (состояния и изменения работоспособности биомеханических систем).

Инерционные характеристики

Свойство инертности тел раскрывается в первом законе Ньютона: «Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока внешние приложенные силы не изменят это состояние». Иначе говоря, всякое тело сохраняет скорость, пока ее не изменят силы.

Понятие об инертности

Любые тела сохраняют скорость неизменной при отсутствии внешних воздействий одинаково. Это свойство, не имеющее меры, и предлагается называть инерцией 1 . Разные тела изменяют скорость под действием сил по-разному. Это их свойство, следовательно, имеет меру: его называют инертностью. Именно инертность и представляет интерес, когда надо оценить, как изменяется скорость.

Инертность - свойство физических тел, проявляющееся в постепенном изменении скорости с течением времени под действием сил.

Сохранение скорости неизменной (движение как бы по инерции) в реальных условиях возможно только тогда, когда все внешние силы, приложенные к телу, взаимно уравновешены. В остальных случаях неуравновешенные внешние силы изменяют скорость тела в соответствии с мерой его инертности.

Масса тела

Масса тела - это мера инертности тела при поступательном движении. Она измеряется отношением величины приложенной силы к вызываемому ею ускорении.:

Измерение массы тела здесь основано на втором законе Ньютона: «Изменение движения прямо пропорционально извне действующей силе и происходит по тому направлению, по которому эта сила приложена».

Масса тела зависит от количества вещества тела и характеризует его свойство - как именно приложенная сила может изменить его движение. Одна и та же сила вызовет большее ускорение у тела с меньшей массой, чем у тела с большей массой 1 .

При исследовании движений часто бывает необходимо учитывать не только величину массы, но и, как говорится, ее распределение в теле 2 . На распределение материальных точек в теле указывает местоположение центра масс тела.

В абсолютно твердом теле имеются три точки, положения которых совпадают: центр масс, центр инерции и центр тяжести. Однако это совершенно различные понятия. В ЦМ пересекаются направления сил, любая из которых вызывает поступательное движение тела. Материальные точки, имеющие массы, расположены равномерно относительно линии действия таких сил, и поэтому вращательного движения не возникает. Следует учитывать, что если материальные точки тела, обладающие массами, отдалять от этой линии в противоположные стороны на равные расстояния, то положение центра масс от этого не изменится. Следовательно, понятие «центр масс» не полностью отражает распределение материальных точек в теле. Понятия о центре инерции (как точке приложения равнодействующей всех фиктивных сил инерции) и центре тяжести (как точке приложения равнодействующей всех сил тяжести) будут рассмотрены позже.

Момент инерции тела

Момент инерции тела - это мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела относительно оси равен сумме произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний.

В деформирующейся системе тел, когда ее части отдаляются от оси вращения, момент инерции системы увеличивается. Инерционное сопротивление увеличивается с отдалением частей тела от оси вращения пропорционально квадрату расстояния. Поскольку материальные точки в теле расположены на разных расстояниях от оси вращения, для ряда задач удобно вводить понятие «радиус инерции».

Радиус инерции тела - это сравнительная мера инертности данного тела относительно его разных осей. Он измеряется корнем квадратным из отношения момента инерции (относительно данной оси) к массе тела:

" Масса, измеренная таким образом, называется инертной, измеренная путем взвешивания - тяжелой. Они количественно равны одна другой и отличаются только способами их определения.

2 Так как масса тела не само вещество, а его свойство, то, строго говоря, она не перемещается и не распределяется; перемещаются тела, обладающие массой; распределяются частицы (материальные точки) тела, обладающие массой.

Найдя опытным путем момент инерции тела, можно рассчитать радиус инерции, величина которого характеризует распределение материальных точек в теле относительно данной оси. Если мысленно расположить все материальные точки тела на одинаковых расстояниях от оси, получится полый цилиндр. Радиус такого цилиндра, момент инерции которого равен моменту инерции изучаемого тела, равен радиусу инерции. Он позволяет сравнивать различные распределения масс тела относительно разных осей вращения. Это удобно, когда рассматривают инертность одного тела относительно разных осей.

Знать о моменте инерции очень важно для понимания движения, хотя точное количественное определение этой величины в конкретных случаях нередко затруднено.

Силовые характеристики

Известно, что движение тела может происходить как под действием приложенной к нему движущей силы, так и без движущей силы (по инерции), когда приложена только тормозящая сила. Движущие силы приложены не всегда; без тормозящих же сил движения не бывает.

Программа элективного курса по физике

Эксперименты в физике

«Познай самого себя».

Составитель программы: Авакян Людмила Геннадьевна

Пояснительная записка.

Программа рассчитана на 8 часов.

Физика – наука экспериментальная и выполнение практических работ должно занимать значительную часть курса физики.

Человек – часть природы, и его тело подчиняется тем же законам физики. Сократовское «Познай самого себя» нами понимается, в том числе, и как познай своё тело и те физические законы, которым оно подчиняется. Практические работы по изучению своего тела вызывают неподдельный интерес учащихся.

Цели курса:

Создание условий для формирования и развития у обучающихся:

интеллектуальных и практических умений в области физического эксперимента, позволяющего исследовать явления природы, и физические законы, которым подчиняется тело человека;

интереса к изучению физики и проведению физического эксперимента;

умения самостоятельно приобретать и применять знания;

коммуникативных навыков, которые способствуют развитию умений работать в группе, вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения.

В процессе обучения учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

наблюдать и изучать явления;

описывать результаты;

вычислять погрешности прямых и косвенных измерений;

делать выводы;

обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Перечисленные умения формируются на основе знаний о:

цикле познания в естественных науках;

роли эксперимента в познании;

правилах пользования измерительными приборами;

происхождении погрешности измерения и ее видах;

правилах записи результата прямых измерений с учетом погрешности;

Содержание программы.

1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. М.: Просвещение, 1985.-175с.

2. Гоулридзе Г.Ш. Практические и лабораторные работы по физике. 7-11 классы /под редакцией Н.А. Парсрентьевой.- М.: Классике Стиль, 2002. - 96 с.

3. Раева А.Ф. Физический эксперимент в школе. М.: Просвещение, 1973.- 239с.

4. Буров В. А. Практикум по физике. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1972. – 70 с.

5. Дик Ю. И., Кабардин О. Ф. и др. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики. М.: Просвещение, 1993. –208 с.

6. Качинский А. М., Кимбар Б. А. Задания к лабораторным работам практикума по физике. Минск: Народная Асвета, 1976. –189 с.

7.Хуторской А.В., Хуторская Л.Н.- Увлекательная физика: Сборник заданий и опытов для школьников и абитуриентов с ответами. –М.: АРКТИ, 2001

Теоретическая часть

Физические параметры тела человека.

Человеческий организм и его действия так же интересны для физики, как и любые другие окружающие нас, природные явления и предметы. Рассмотрим вопросы, относящиеся к физическим свойствам и особенностям человека. Их можно использовать для объяснения различных жизненных ситуаций, при обсуждении ряда проблем о человеческом организме.

Познай себя, свой организм, свое физическое тело с точки зрения физики!

Ниже приведены необычные сведения: цифры, характеризующие механические, тепловые, электрические, оптические параметры человека. Эти цифры имеют свой язык, умеют говорить о различных характеристиках человеческого организма. Их назначение - помочь лучше усвоить, конкретизировать и расширить знания по физике. Они могут стать помощниками при решении различных практических вопросов и задач, которые могут возникнуть на уроке и дома, могут оказаться полезными при подготовке сообщений или рефератов, вечеров.

Механические параметры человека.

1)Средняя плотность тела человека - 1036 кг/м 3 .

2)Плотность крови - 1050-1064 кг/м 3 .

3) Средняя скорость движения крови в сосудах: в артериях 0,2 - 0,5 м/с; в венах 0,10 - 0,20 м/с; в капиллярах 0,0005-0,0020 м/с.

4) Нормальное избыточное давление в артерии взрослого человека измеряют от условного нуля, за который принимают атмосферное давление. Поэтому давление крови, например, в 9,3 кПа (70 мм рт.ст.) означает, что оно на = 9,3 кПа (на 70 мм рт.ст.) превышает атмосферное давление.

Нормальное нижнее давление (т.е. в начальной фазе сокращения сердца) = 9,3 КПа (70 мм рт.ст.). Нормальное верхнее давление (т.е. в конечной фазе сокращения сердца) 16,0 кПа (120 мм рт.ст.).

5) Сила, развиваемая работающим сердцем:

в начальной фазе сокращения » 90 Н;

в конечной фазе сокращения » 70 Н.

6) Масса крови, выбрасываемая сердцем в 1 мин, равна приблизительно 3,6 кг. За одно сокращение сердце выбрасывает примерно 60 см 3 крови, за 1 мин - 3,6л (при 60 сокращениях в минуту), за 1 час - 216 л, а за сутки >> 5200 л крови. Во время напряженной работы организма (например, при беге на лыжах) сердце человека за 1 мин «перекачивает» до 25-35 л крови (при 165-196 сокращениях в мин). Для сравнения: расход воды полностью открытого водопроводного крана за 1 мин составляет примерно 20 л.

Работа сердца при одном сокращении » 1 Дж.

Мощность, развиваемая взрослым человеком:

при обычной ходьбе по ровной дороге при слабом ветре 60-65 Вт;

при быстрой ходьбе (7 км/ч) по ровной дороге при слабом ветре - 200 Вт;

при езде на велосипеде со скорость 10 км/ч в безветренную погоду - 40 Вт;

при езде на велосипеде со скоростью 20 км/ч безветренную погоду - 320 Вт.

Звуковые параметры человека

тихий шепот ≈ 10 -9 Вт;

речь обычной громкости ≈ 7 * 10 -6 Вт;

предельная громкость ≈2 * 10 -3 Вт;

Частоты, к которым ухо имеет наибольшую чувствительность, - 1500 - 4000Гц;

Частотный диапазон при обычном разговоре:

у мужчин - 85-200 Гц;

у женщин - 160-340 Гц;

бас - 80-350 Гц;

баритон - 110-400 Гц;

тенор - 130-520 Гц;

сопрано - 260-1050 Гц;

колоратурное сопрано - 330-1400 Гц.

бас ≈2,5 см;

тенор ≈ 1,7-2 см;

сопрано ≈1,5 см.

Скорость звука в тканях тела - 1590-1600 м/с.

Рекордная высота звука женского голоса (при пении) - 2,35 кГц.

8) Диапазон интенсивности звуков, воспринимаемых ухом человека, необычайно велик: наиболее сильные звуки, воспринимаемые ухом (при пороге болевого ощущения)

10-100 Вт/м 2 , отличаются в 10 13 -10 14 раз от наиболее слабых, еще воспринимаемых звуков (при пороге слышимости ≈ 10 -12 Вт/м 2).

Тепловые параметры человека

Нормальная температура тела - 36,7°С.

Температура отдельных участков тела:

лба - 33,4°С;

ладони рук - 32,8°С;

подошвы ног - 30,2 0 С.

Температура замерзания (плавления) крови - от -0,56°С до -0,58 0 С.

Удельная теплоемкость крови:

3,9 кДж/(кгкК);

0,93 кал/(гк°С).

Масса воды, испаряющейся с поверхности кожи и легких в сутки, - 0,8-2,0 кг.

Наиболее благоприятная для жизни человека относительная влажность - 40-60%.

Поверхностное натяжение крови - 60 мН/м.

Электрические параметры человека

1)Удельное сопротивление тканей тела:

мышцы - 1,5 Омкм;

крови - 1,8 Омкм;

верхний слой кожи (сухой) - 3,3к10 5 Омкм;

кость (без надкостницы) - 2к10 6 Омкм.

2).Диэлектрическая проницаемость:

кровь - 85,5;

кожа сухая - 40-50;

кость - 6-10.

3) Электрическое сопротивление человеческого тела определяется, в основном, сопротивлением поверхностного слоя кожи (эпидермиса).

Сопротивление тела человека от конца одной руки до конца другой при сухой неповрежденной коже рук = 15 кОм.

Сила тока через тело человека, считающаяся безопасной, - до 1 мА.

Сила тока через тело человека, приводящая к серьезным поражениям организма,

≈100 мА.

Безопасное электрическое напряжение в сыром помещении -12 В.

Безопасное электрическое напряжение в сухом помещении -36 В.

Оптические параметры человека

Длительность сохранения глазом возникшего зрительного ощущения - 0,14 с.

Диаметр глазного яблока взрослого человека - 24-25 мм.

Расстояние между зрачками глаз («база глаз») у взрослого человека - 55-72 мм.

Толщина склеры - 0,4-1,0 мм.

Толщина сосудистой оболочки - до 0,35 мм.

Толщина сетчатки - 0,1-0,4 мм.

Диаметр хрусталика - 8-10 мм.

Наибольшая толщина хрусталика - 3,7-4,0 мм.

Показатель преломления хрусталика ≈1,4.

Фокусное расстояние хрусталика ≈70 мм.

Оптическая сила хрусталика у молодых людей - от 19 до ≈ 33 Дптр.

Показатель преломления водянистой и студенистой влаги -1,34.

Давление прозрачной жидкости, заполняющей глаз, - внутриглазное давление ≈104 кПа (= 780 мм рт. ст.).

Диаметр зрачка:

при больших дневных освещенностях - 2-3 мм;

при малых освещенностях (0,01 лк) - 6-8 мм.

Размеры слепого пятна (овальная форма) - 1,5к2,0.

Число палочек в сетчатке глаза ≈130 млн.

Число колбочек в сетчатке глаза ≈ 7 млн.

Длина волны света, к которой глаз наиболее чувствителен, - 555 нм (желто-зеленые лучи).

Оптическая сила всего глаза ≈ 60 Дптр.

Поле зрения неподвижного глаза:

по горизонтали - около 160°;

по вертикали - около 130°.

Минимальный размер изображения предмета на сетчатке, при котором две точки предмета воспринимаются раздельно, - 0,002мм.

Собственные размеры

Полезно знать величины своего роста и шага. Чтобы проще всего измерить, например, пройденное расстояние, надо сосчитать количество шагов, но для этого необходимо знать величину своего шага.

Величину шага определяют так: отмерив на земле прямую линию, скажем в 30 м, проходят ее своим нормальным шагом, считая шаги. Разделив 30 на полученное число шагов, узнают среднюю длину одного шага. Положим, что на длине в 30 м уместилось 50 шагов. Разделив 30 на 50, получим:

30: 50 =0,6 м = 60 см.

Это и есть ширина среднего шага. Для перевода измеренного шагами расстояния в метры необходимо количество шагов умножить на выраженную в метрах ширину одного шага. Например, от дома до магазина 630 шагов. Длина шага - 0,6 м. Расстояние в метрах равно 630 0,6 = 378 м.

Размах рук человека обычно бывает, равен его росту. Чаще всего эти величины совпадают, но возможны, конечно, и отклонения. Поэтому соответствие своего размаха рук росту также, полезно проверить измерением.

Для приблизительного замера мелких величин полезно запомнить длину среднего сустава своего указательного пальца (рис. 1), величину своей «четверти» - расстояния между концами большого пальца и мизинца растопыренной пятерни (рис. 2). Конечно, все эти способы очень неточны, но для быстрого примерного измерения в жизненных ситуациях вполне пригодны.

Начертите отрезок, равный 0,0001 км, и рядом отрезок, равный 0,1 вашего обыкновенного шага. Сколько приблизительно шагов вам надо сделать, чтобы пройти 1 км?

Рис. 1

Рис.2

Качественные задачи по теме: «Физика человека»

1.На диване .

Почему на диване человеку лежать мягче, чем на доске?

2. Мощность человека.

а)Какова мощность человека массой 75 кг при нормальной скорости ходьбы 5 км/ч; при скорости марша 7 км/ч?

Б)Какова мощность, затрачиваемая при езде на велосипеде (при скоростях 9 км/ч и

18 км/ч)?

в) Какая мощность развивается человеком массой в 75 кг, взбежавшим за 2 секунды по лестнице на высоту 4 м?

3. Как повернуться на стуле-вертушке?

Сядьте на стул-вертушку так, чтобы ноги не касались пола. Вам надо повернуться на нем вокруг на 360°. Как вы это сделаете? Ответ поясните.

4. Испарение воды в организме человека .

Организм человека состоит на 65% из воды. Испаряется ли она? Как? От чего зависит процесс испарения? На что влияет?

5. Человек на дне воздушного океана.

Человек живет на дне воздушного океана. Почему обычно человек не ощущает атмосферного давления?

6. Как человек дышит?

Каково значение атмосферного давления в механизме легочного дыхания человека? Что происходит при вдохе - выдохе воздуха?

7. О черном, белом и сером цветах.

а) Чем отличаются между собой белый, черный и серый цвета?

б) Как познает человек эти цвета?

Проделайте следующий опыт со своими друзьями и сделайте вывод. В хорошо затемненной комнате на небольшой белый экран спроецируйте круглое пятно от карманного фонаря. Фонарь потушите, незаметно для зрителей. Вместо белого экрана поставьте черный и спроецируйте на него то же самое пятно, увеличив в несколько раз силу света фонаря. Зритель не заметит подмены экрана, и будет думать, что видит прежнее пятно на прежнем экране. Когда же свет в комнате зажигается, зритель намечает свою ошибку и пятно на экране представляется ему уже не белым, а только светлым.

Почему?

8. Заземление.

Электрическое соединение какого-либо предмета с землей называют его заземлением. Заряды, образованные на телах, изолированы от земли, при соединении с ней уходят в землю, так как благодаря своим большим, по сравнению с любым телом, размерам Земля обладает и значительно большей емкостью. Можно ли говорить о заземлении человека?

9. Биополе человека.

В теле человека существуют биотоки и биопотенциалы. Что это такое? Можно ли их обнаружить?

10. Относительная или абсолютная влажность воздуха?

Что важнее для человека: относительная или абсолютная влажность?

11. Опасный электрический ток.

Все знают, как бывает, опасен для человека электрический ток. Для него смертелен ток силою уже в 0,1 А. Ток в комнатной проводке в несколько раз сильнее 0,1 А.

Почему же он далеко не всегда поражает человека?

12.Присесть - встать.

Коля делал утреннюю зарядку. Рядом стояли напольные весы. Он решил выполнить приседания, встав на весы. К его удивлению, в момент приседания весы показали меньший вес, нежели тогда, когда он стоял на них спокойно. Коля быстро поднялся. Весы, наоборот, показали увеличение его веса. Коля повторил эти движения еще несколько раз. Все повторилось.

Почему?

Ответы:

1 . Площадь соприкосновения тела с диваном больше, чем с доской.

2 . а) Около 60 Вт, или лошадиной силы. С возрастанием скорости мощность быстро возрастает - 200 Вт.

б) При езде на велосипеде положение центра тяжести тела меняется гораздо меньше, чем при ходьбе, и ускорение ног тоже меньше. Поэтому мощность, затрачиваемая при езде на велосипеде, значительно меньше: 30 Вт; 120 Вт.

в) 2 лошадиные силы.

3. Надо воспользоваться движением рук. Повернув вытянутые руки на некоторый угол в горизонтальной плоскости, сам человек поворачивается в противоположном направлении. Когда руки останавливаются, человек также останавливается. Для того, чтобы повернуться еще раз в том же направлении, надо возвратить руки в исходное положение. Сделать это, двигая руки в обратном направлении, нельзя, так как и человек при этом вернется в исходное положение. Можно, однако, поднять руки в вертикальной плоскости, а затем опустить в другой вертикальной плоскости так, чтобы они оказались по отношению к человеку, сидящему на стуле, в первоначальном положении. Человек может неопределенное число раз повернуться вокруг вертикальной оси.

4. За сутки человек, в зависимости от рода работ, испаряет с поверхности кожи и легких от 800 до 2000 г и больше воды. Скорость процессов испарения, а вместе с тем и самочувствие человека существенно зависят от влажности окружающего воздуха. Длительное пребывание в жарком воздухе, обильно насыщенном водяными парами, затрудняет процессы испарения и вместе с тем нарушает нормальный тепловой обмен в организме. Человек чувствует вялость, и его трудоспособность понижается.

5. Большая часть органов и тканей в организме содержит жидкости и газы под давлением, приблизительно равным атмосферному. Исключение в этом отношении составляют межплевральное пространство грудной клетки, сердечнососудистая система, полости, заполненные спинномозговой жидкостью, а так же полости суставов. Сообщение этих полостей с наружным воздухом нарушает нормальную деятельность организма.

6. При вдохе за счет сокращения соответствующих мышц (межреберных и диафрагмы) происходит объемное расширение грудной клетки. При этом давление воздуха, находящегося в легких, становится ниже атмосферного, и под действием последнего определенный объем наружного воздуха входит (засасывается) в легкие. Затем мышцы расслабляются, объем грудной клетки уменьшается, давление воздуха в легких становится выше атмосферного, и часть находящегося в легких воздуха вытесняется наружу. Происходит вдох. Грудная клетка может расширяться одновременно в трех взаимно-перпендикулярных направлениях: вертикальном, поперечном и переднезаднем.

7. а) Поверхности очень многих тел рассеивают в одинаковой мере лучи всех областей видимого спектра. Те из них, которые рассеивают большую долю падающего на них света, называют белыми. Белая бумага или мел рассеивают до 90% падающей на них энергии. Те поверхности, которые рассеивают лучи весьма слабо, называют черными. Черная фотографическая бумага рассеивает всего около 5% падающего на нее света. Поверхности, обладающие промежуточными степенями рассеивания, представляются нам серыми. Таким образом, различие между белым, серым и черным цветом не качественное, а только количественное, б) Познаются цвета только в сравнении с окружающим освещенным фоном.

8 Тело человека в целом является проводником, поэтому человек, стоящий на земле, будет проводить в нее электрические заряды, с которыми он может прийти в соприкосновение. Контакт человека с землей в этих условиях тоже называют заземлением. Если через человека будут проходить значительные электрические заряды (или значительный электрический ток), это может иметь опасные последствия для его здоровья.

9 . Возбуждение любого органа человеческого тела сопровождается появлением токов действия. Возбужденное место органа всегда электроотрицательно по отношению к местам, находящимся в покое. Между возбужденным и невозбужденным участком возникает определенная разность потенциалов, и текут токи. Эти разности потенциалов невелики, а сопротивление тканей тела велико. Поэтому биотоки очень слабы - порядка 10 -6 А и меньше. Их обнаружение возможно с помощью чувствительных гальванометров. Биопотенциалы возникают в клетках, тканях, органах вследствие неравномерного распределения ионов K + ,Na + , С ++ , Mg ++ , а также CL - - в протоплазме клеток и окружающей клетку жидкости. Это связано с происходящими в живых клетках процессами обмена веществ. Биопотенциалы отражают функциональное состояние органов и тканей в норме и патологии, что используют при диагностике заболеваний. Распространены методы регистрации потенциалов сердца - электрокардиография, головного мозга - электроэнцефалография, периферических нервных стволов и мышц - электромиография.

10 . В разных случаях может иметь значение и абсолютная, и относительная влажность. Например, испарение воды с поверхности кожи зависит от относительной влажности, так чем больше разница между абсолютной и максимальной влажностью (количеством пара в г, насыщающего 1 м 3 воздуха при данной температуре), тем быстрее идет испарение. Рассматривая же испарение воды легкими, следует учитывать абсолютную влажность воздуха, так как из легких выдыхается воздух, почти полностью насыщенный паром, при температуре примерно 30°С. Количество пара, которым воздух насыщается в легких, очевидно, зависит от абсолютной влажности вдыхаемого воздуха. Нормальной для жизни человека считается атмосфера с относительной влажностью от 40 до 60%.

11. Сила тока в осветительной сети достигает 0,5 А, но только до тех пор, пока в цепь не включилось человеческое тело. Включение последнего значительно понижает силу тока, так как сопротивление нашего тела весьма велико: оно колеблется от 100 до нескольких десятков тысяч Ом. Введение в цепь столь значительного сопротивления, естественно, понижает силу тока в ней, и ток становится почти безвредным для организма. Порой и 5000 В не причиняют человеку никакого вреда - так велико бывает иногда сопротивление человеческого тела. Но оно колеблется в зависимости от многих причин, предусмотреть которые невозможно: от влажности, размеров тела, даже нашего настроения, поэтому безвредное, сегодня напряжение электросети может оказаться смертельным завтра.

12. Тело Коли испытывало частично явление невесомости (при быстром приседании) и перегрузки (при быстром поднятии тело сильнее давит на опору).

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ

ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН

Измерить физическую величину - это, значит, сравнить ее с помощью измерительных приборов с однородной величиной, принятой за единицу, и оценить степень ее приближения к истинному значению.

В настоящее время общепринятой является Международная система (СИ), которая строится на семи основных единицах:

длины - метр (м);

массы - килограмм (кг);

времени - секунда (с);

электрического тока - ампер (А);

температуры - кельвин (К);

силы света - кандела (кд);

количества вещества - моль.

Для обеспечения единства физических измерений созданы международные эталоны каждой из основных единиц СИ.

Если используют величины, кратные основным единицам, пользуются соответствующими приставками, взятыми из древнегреческого языка; если используются величины, дольные основным единицам, пользуются соответствующими приставками, взятыми из латинского языка.

Измерения подразделяют на прямые и косвенные. Прямым называется измерение, в котором результат находится при считывании со шкалы прибора. Косвенным называется измерение, в котором результат находится на основе расчетов.

Истинное значение измеряемой величины определить невозможно по многим причинам и, прежде всего, потому, что ограничено воспроизведение эталона. Величина А считается измеренной, если указана не только сама величина А изм , но и граница ее абсолютной погрешности ∆А

А = А изм , ± ∆А

Качество измерений определяется относительной погрешностью ε:

ε = *100%.

Погрешность прямого измерения ∆А складывается из погрешности средства измерения ∆А приб и погрешности отсчета ∆А отсч:

∆А = ∆А приб + ∆А отсч

Погрешность отсчета равна, а точнее не больше половины цены деления шкалы:

∆ А приб =

где а - цена деления шкалы.

При проведении повторных измерений физической величины получаются несколько отличные друг от друга результаты. В этом случае за результат измерений необходимо принять среднее арифметическое значение результатов отдельных измерений:

Экспериментальная часть

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА И ПЛОТНОСТИ СВОЕГО ТЕЛА.

Цель работы: научиться определять плотность и объём своего тела.

Ход работы:

1. Измерьте среднюю длину ℓ (м) и ширину b (м) ванны в вашей квартире.

2. Налейте в ванну теплой воды и отметьте карандашом ее уровень.

3. Погрузитесь в воду и отметьте ее новый уровень. Измерьте высоту подъема

воды ∆ h (м).

4. Найдите объем вытесненной воды, а следовательно, и объем тела V т (без учета

объема головы): V т =ℓ * b * ∆ h .

Форма ванны может заметно отличаться от параллелепипеда, поэтому объем вытесненной воды более точно можно узнать экспериментально, доливая воду ведром (бутылкой из-под газированной воды или другой емкостью известного объема) до сделанной вами отметки.

5. Для того чтобы учесть и объем головы, измерьте диаметр головы d (м) и, считая ее шаром, рассчитайте объем:

V г = π d 3

6. Рассчитайте общий объём своего тела (м 3): V общ = V т + V г

7. Измерьте массу своего тела m(кг) с помощью весов.

8. Найдите плотность ρ(кг/м 3) своего тела: =

Дополнительное задание:

Сравните плотность своего тела с плотностью воды и ответьте на вопросы:

Почему человек может удерживаться на поверхности, не двигаясь?

Почему легче плавать в морской воде?

Лабораторная работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ ШАГА.

Цель работы: научиться определять среднюю длину своего шага.

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА СВОЕ ТЕЛО

Цель работы: Научиться определять силу атмосферного давления на своё тело.

Оборудование: барометр, весы напольные, ростомер.

F атм = р атм * S .

Заполните таблицу:

р атм,Па

Лабораторная работа №4

«Определение силы рук при выполнении упражнения на перекладине».

На некоторое время повисните на перекладине в спортивном зале на одной руке, почувствуйте напряжение мышц руки.

На весах измерьте массу своего тела т и рассчитайте силу тяжести F T (H), действующую на него.

Для определения объема своего тела V общ воспользуйтесь результатом уже выполненной работы.

Найдите выталкивающую силу F a (H), действующую на ваше тело со стороны воздуха:

где ρ = 1,3 кг/м 3 - плотность воздуха и покажите, что выталкивающая сила воздуха чуть больше 0,1% действующей на вас силы тяжести, и поэтому F A , как правило, ею пренебрегают.

5. Найдите силу F p с которой ваша рука действует на перекладину:

F p =F т -F а F т

Заполните таблицу:

т, кг

Лабораторная работа №5

«Измерение мощности, развиваемой при подъёме по лестнице».

Оборудование : грузик на шнуре, секундомер, напольные весы, рулетка.

Опустив в лестничный пролёт грузик на прочном шнуре, сделайте на нём отметку, когда грузик достигнет пола первого этажа. Измерьте высоту лестницы h(м).

По секундомеру определите время t (с), затраченное вами на подъём по лестнице.

Измерьте массу своего тела m (кг).

Вычислите мощность N (Вт), развиваемую при подъёме:

Заполните таблицу:

h(м)

Защита и обсуждение результатов исследования.

Учащиеся должны представить результаты исследований физических параметров своего тела. Провести анализ результатов. Подготовить по одной из лабораторных работ защиту теоретической части работы.

Элективный курс

«Физика человека»

Пояснительная записка 2

Основное содержание курса 3-4

Тематическое планирование курса 5

Список литературы 6

Пояснительная записка

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.

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 9ч.

Физика. Человек. Окружающая среда. Линейные размеры различных частей тела человека, их масса. Плотности жидкостей и твердых тканей, из которых состоит человек. Сила давления и давление в живых организмах.

Скорости проведения нервных импульсов. Законы движения крови в организме человека. Естественная защита организма от ускорения.

Проявление силы трения в организме человека, естественная смазка.

Сохранение равновесия живыми организмами. Центр тяжести тела человека. Рычаги в теле человека. Ходьба человека. Виды суставов. Деформация костей, сухожилий, мышц. Прочность биологических материалов. Строение костей с точки зрения возможности наибольшей деформации.

Тело человека в гравитационном поле Земли. Условия длительного существования человека на космической станции. Меры защиты летчиков и космонавтов от ускорения. Невесомость и перегрузки.

Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности. «Энергетика» и развитие человека. Применение закона сохранения энергии к некоторым видам движения человека.

Лабораторные работы.

1. Определение объема и плотности своего тела.

2. Определить среднюю скорость движения.

3. Определение времени реакции человека.

4. Градуировка динамометра и определение становой силы человека.

5. Определение коэффициентов трения подошв обуви человека о различные поверхности.

6. Определение мощности, развиваемой человеком.

Колебания и волны в живых организмах 2ч.

Колебания и человек. Происхождение биоритмов. Сердце и звуки, сопровождающие работу сердца и легких, их запись. Стетоскоп и фонендоскоп. Выстукивание - как один из способов определения размеров внутренних органов и их состояния. Радиоволны и человек.

Звук как средство восприятия и передачи информации. Орган слуха. Ультразвук и инфразвук. Область слышимости звука. Голосовой аппарат человека. Характеристики голоса человека. Слуховой аппарат.

Лабораторная работа.

7. Изучение свойств уха.

Тепловые явления 2 ч.

Терморегуляция человеческого организма. Роль атмосферного давления в жизни человека. Осмотическое давление. Изменение кровяного давления в капиллярах. Влажность. Органы дыхания.

Тепловые процессы в теле человека. Человек как тепловой двигатель. Энтропия и организм человека. Второе начало термодинамики и способность к самоорганизации.

Лабораторная работа.

8. Определение дыхательного объема легких человека.

9. Определение давления крови человека.

Электричество и магнетизм 2ч.

Электрические свойства тела человека. Биоэлектричество. Бактерии - первые электрики Земли. Фоторецепторы, электрорецепторы, биоэлектричество сна. Электрическое сопротивление органов человека постоянному и переменному току. Магнитное поле и живые организмы.

Лабораторная работа.

10. Определение сопротивления тканей человека постоянному и переменному электрическому току.

Оптические параметры человека 1ч.

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. Граммофонная пластинка и глаз. Для чего нам два глаза. Спектральная и энергетическая чувствительность глаза.

Лабораторная работа.

11. Наблюдение некоторых психофизиологических особенностей зрения человека.

12. Определение характеристических параметров зрения человека.

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

1. Активное участие в подготовке и проведении семинаров, конференций, выпуске газет, изготовлении моделей.

2. Выполнение не менее половины лабораторных работ.

3. Выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского характера.

4. Составление "Физического паспорта человека".

ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ КУРСА

Тема занятия

Количество часов

всего

теория

практика

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА (9 Ч)

Физика. Человек. Окружающая среда.

Кинематика и тело человека.

Законы Ньютона в жизни человека.

Человек в условиях невесомости и

перегрузок

Прямохождение и опорно-двигательная система человека.

Проявление силы трения в организме человека.

Работа и мощность, развиваемая человеком в разных видах деятельности.

Статика в теле человека.

Давление и тело человека.

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ (2 ч)

Колебания и человек.

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ (1 Ч)

Тепловые процессы в теле человека.

Второе начало термодинамики.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. (2 Ч)

Электрические свойства тела человека

Магнитное поле и живые организмы.

ОПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЧЕЛОВЕКА (1 Ч)

Глаз и зрение

Конференция.

Итого:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанян Н.А. Ритм жизни и здоровье. - М.: Знание, 1975.

2. Безденежных Е.А., Брикман И.С. Физика в живой природе и медицине. - Киев, 1976.

3. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. - М., 1986.

5. Беркинблит М.Б. и др. Электричество в живых организмах. - М.: Наука, 1988.

6. Боярова О. и др. С головы и до пят. - М.: Детская литература, 1967.

7. Булат В.А. Оптические явления в природе. - М.: Просвещение, 1974.

8. Гальперштейн Л. Здравствуй физика! - М.: Просвещение, 1973.

9. Газенко О.Г., Безопасность и надежность человека в космических полетах.// Наука и жизнь. -1984 №3.

10. Енохович А.С. Справочник по физике. - М.: Просвещение, 1991.

11. Елькин В.И. Необычные учебные материалы по физике. - М.: Школа-Пресс, 2001.

12.. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии биологии. - М.: Просвещение, 1986.

13. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. - М.: Просвещение, 1988.

14. Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике. - М.: Просвещение, 1977.

15. Ланина И.Я. Не уроком единым. - М.: Просвещение, 1991.

16. Манойлов В.Е. Электричество и человек. -Л: Энергоатомиздат, 1988.

17. Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими примерами. - М., 1986.

18. Популярная медицинская энциклопедия. - М., 1979.

19. Рыдник В.И. О современной акустике. - М.: Просвещение, 1979.

20. Сергеев Б.А. Занимательная физиология.- М.: Просвещение, 1977.

21. Силин А.А. Трение и мы. - М., 1987.

22. Синичкин В.П. Синичкина О.П, Внеклассная работа по физике. - Саратов: Лицей, 2002.

23. Суорц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений, - М., 1986.

24. Хуторской А.В., Хуторская Л.Н. Увлекательная физика. - М.: АРКТИ, 2000.

25. Хрипкова А.Г. Физиология человека. - М.: Просвещение, 1971.

26. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика. - М.: АСТ, 1998.

27. Мир физики. Занимательные рассказы о законах физики. С.Петербург «МиМ-Экспресс».1995

28. О.П. Спиридонов. СВЕТ. Физика, информация, жизнь. М. «Просвещение». 1993

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 .

• Классный час «Я человек, но какой?
• Грамматические задания по теме школьные принадлежности
• Классный час на тему "семья и семейные ценности" Всекубанский классный час семья и семейные ценности
• День крещения Руси: как князь Владимир отказался от язычества Крещение руси традиции и обряды
• Молитва от чародейства и колдовства всем святым, киприану и устинье, ангелу хранителю
• Особая молитва от колдунов
• Молитва иисусу христу от чародейства и колдовства
• Как понять что у тебя гнилая душа
• Предотвращение допинга в спорте
• Антидоты отравляющих веществ

• Имеют ли право коллекторы описывать и продавать имущество должника?
• Особенности обжалования определений арбитражного суда по корпоративным спорам Какие определения арбитражного суда обжалованы
• Кто имеет право отключать эл
• Как чистить и готовить замороженные мидии без панциря
• Определение психотипов и типы отношений между ними
• Лечебная диета при гипертонии
• Что можно кушать при повышенном давлении?
• Во франции самый молодой президент страны вступил в должность Макрона приветствовали залпами из орудий
• Последствия европейской колонизации для стран востока
• Подготовка к новому учебному году — испытание для родителей