Исследовательская работа "Распространение вирусных инфекций с точки зрения физики"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Суенгинская общеобразовательная школа

Секция: физика

Распространение вирусных инфекций с точки зрения физики

Исследовательская работа

Автор: Ликонцева Ника

 8 класс

Руководитель-учитель физики

Полубоярцева Валентина Васильевна

Суенга

Оглавление

Введение
   1. Пути передачи ОРВИ.
   2. Эмпирическое исследование.
      2.1. Определение дыхательного объема легких человека по номограмме.
      2.2. Определение дыхательного объема легких при помощи самодельного   спирографа.
      2.3. Определение объема воздуха в комнате.
Заключение
Список литературы и источников
Приложения

Введение

Острые респираторные вирусные инфекции занимают значительную долю в структуре заболеваемости человечества и занимают лидирующее место среди инфекционных заболеваний.
В России число ежегодно болеющих ОРВИ, гриппом, коронавирусом достигает более 30 млн. человек, а ежегодный суммарный экономический ущерб от ОРВИ оценивается в 40 млрд. рублей, составляя около 80% ущерба от всех инфекционных болезней [3] и достигая до 90% и выше в структуре инфекционной заболеваемости [5]. В среднем взрослый человек переносит от 2 до 4 простуд в течение года, ребенок болеет от 6 до 9 раз. Важно отметить, что ОРВИ, особенно грипп и КОВИД в некоторых случаях могут привести к летальному исходу. Сегодня не трудно сделать вакцину, но с каждым годом приходят новые и новые вирусы. Ведутся профилактические работы для населения, для нас, школьников, в том числе.

Актуальность. Несмотря на рекомендации врачей, ежегодно закрываются на карантин детские сады и школы во время эпидемий. Рассмотрим распространение гриппа с точки зрения физики: можно ли определить объем легких, ведь объем тел правильной формы и небольших тел неправильных форм мы умеем, можно  ли рассчитать примерное количество одних и тех же молекул, которые могут побывать в легких разных людей, находящихся в одной комнате.

Цель исследования: определить концентрацию молекул воды в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе в условиях школьного кабинета и вероятность распространения вируса ОРВИ среди учащихся одного класса.

Задачи исследования:

1.     Изучить теоретический материал по выбранной теме.

2.     Определить дыхательный объем легких различными методами (номограммы и самодельного спирографа).

3.     Рассчитать количество молекул выдыхаемого воздуха и количество молекул гриппа, выдыхаемого и вдыхаемого учащимися.

4.     Проанализировать и сравнить полученные результаты и сделать выводы.

Объект исследования: дыхательный объем легких человека.

Предмет исследования: концентрация молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе в условиях школьного кабинета и вероятность распространения вируса гриппа среди учащихся одного класса.

Гипотеза: вероятность распространения вируса гриппа среди учащихся одного класса возможна и вероятность заражения мальчиков и девочек происходит с разной частотой.

Методы исследования: теоретический – анализ теоретического материала (метод использовался при работе с литературой и источниками); практический (проведение эксперимента с использованием номограммы и самодельного спирографа для определения объема легких); математические методы обработки полученных результатов.

План исследования

·         Подбор и изучение материала по ОРВИ. Изучение распространения ОРВИ.

·         Выполнение практической части по определению объемов тел, воздуха в комнате, объема легких.

·         Проведение математических расчетов по определению количества молекул побывавших в наших легких. Обработка и анализ полученных данных.

·         Выводы.

На сегодняшний день учеными выделено более тысячи  подвидов вируса ОРВИ. Каждый год вирус гриппа мутирует.

Инкубационный (скрытый) период гриппа обычно составляет 2-3 дня, но может длиться до 7 дней.

Пути передачи ОРВИ, гриппа и коронавируса.

Заражение в большинстве случаев происходит воздушно-капельным путем (при кашле, чихании, разговоре с больным) реже через предметы обихода (посуду, полотенца и т.д.).

Вирусы ОРВИ, гриппа, коронавируса, попадая на слизистые оболочки дыхательных путей (носа, горла, гортани), проникает в эпителий слизистых, где начинает выделять токсины, которые через кровь разносятся по всему организму, вызывая интоксикацию организма.

Вирус, поражая эпителий слизистой оболочки, нарушает защитную функцию слизистой верхних дыхательных путей, повышает проницаемость стенок капилляров. В результате, в организм человека беспрепятственно могут проникать другие микроорганизмы. Поэтому грипп может спровоцировать развитие тяжелых осложнений, например - пневмонию, бронхит.

Научный коллектив из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, изучая новые пути распространения вируса гриппа, пришли к выводу, что существует реальная возможность заразиться гриппом от больного человека, просто дыша с ним одним воздухом. Помимо этого, делается ещё несколько занимательных выводов.

Так, количество «выдыхаемых» вирусных частиц не зависит от степени выраженности болезни, т. е. от симптомов.

От степени выраженности симптомов гриппа зависит концентрация частиц гриппа в полости носа, которые могут быть выброшены во время чиханья [7].

А также русские ученые уже много лет тому назад указывали на значение воздуха в распространении заразных заболеваний. В отчетах С.-Петербургской городской больницы за 1881 год мы читаем: «Отмечаются многочисленные внутрибольничные заражения крупозным воспалением легких, рожей и другими заразными болезнями не только среди больных, но и среди персонала, через воздух палат, которые сверх меры перегружены больными».

В наши дни советская наука располагает убедительным и бесспорным материалом, свидетельствующим о значении воздуха в распространении многих инфекций [8].

	Число микробов в необлученной комнате в 1 кубическом сантиметре
Воздух у пола	110
Воздух на высоте 0,5 м от пола	88
Воздух на высоте 1,7 м от пола	78
Воздух на высоте 2,3 м от пола	89

Практическая часть.

Работа №1.  Определение площади поверхности  тела человека и  обьема легких с помощью номограммы.

Приборы и материалы: линейка, номограмма.

Порядок выполнения работы.

1. Для этого соединили на номограмме при помощи линейки прямой линией показатели массы и длины тела. Точка пересечения этой прямой со шкалой S дает значение площади поверхности.

2. Рассчитали объем легких по формуле V=2,5× S (мальчики)

V=2, 0× S (девочки).

Формулы приведены для вычисления объема легких соответственно мужчин и женщин. Так как считается, что каждому квадратному метру поверхности тела мужчины соответствует 2500 мл, а женщины – 2000 мл объема легких.

3. Результаты занесли в таблицу

Таблица 1

Для девочек диапазон объема легких от 2720-3100 мл, для мальчиков от 3750 до 4550 мл.

Вывод. Объем легких мальчиков больше, так как вес и рост мальчиков больше, чем девочек, а значит и количество вдыхаемого воздуха в легкие больше и это приводит еще более частому захвату при вдохе молекул, побывавших в легких других людей. Значит мальчики более уязвимы вирусным заболеваниям.

1 Номогра́мма (греч. закон) графическое представление функции от нескольких переменных, позволяющее с помощью простых геометрических

операций (например, прикладывания линейки) исследовать функциональные зависимости без вычислений. Например, решать квадратноеуравнение без применения формул.

Девочки

Мальчики

Работа №2. Определение дыхательного объема легких человека при помощи самодельного спирографа

Цель работы: определить один из важнейших параметров организма человека - дыхательный объем его легких.

Приборы и материалы: воздушный шарик, линейка, номограмма1 для определения площади поверхности.

Порядок выполнения работы.

1. В качестве самодельного спирографа используем воздушный шарик. При выдохе воздуха в шарик он надувается. Объем шарика вычисляем  по формуле

, зная диаметр шарика, либо зная радиус

2. Измерение дыхательного объема легких Vдых. Для этого сделали в шарик 10 спокойных выдохов. Измерили диаметр шарика, вычислили объем заполняющего его воздуха. Вычислили дыхательный объем легких, разделив объем шарика на 10.

3. Повторили опыт 3 раза. Вычислили средний дыхательный объем легких и занесли в таблицу.

Таблица 2

l_ср1=(0,86+0,88+0,80)/3=0.85(м)

l_ср=(l_1+l_2+l_3)/3 - среднее арифметическое значение длины

l_окр=2πR - длина окружности

R=l_окр/2π - радиус окружности

R_1=(0,135 м)/(2∙3,14)=0,135(м)

V=4/3 πR³– объем шара

V=4/3 3,14∙(0.135)³=0,01(м³ )

V_л=V/10

V_л=(0,01м^3)/10=0,001м³=1л

Средний дыхательный объем легких от 0,6 до 1,1 л для девочек, для мальчиков от 0,6 до 2 л. Во время каждого дыхательного движения человек вдыхает и выдыхает количество воздуха, составляющее 300-500 мл и называемое дыхательным объемом. Объем воздуха, который человек может выдохнуть после спокойного выдоха – резервный объем воздуха – составляет 1500 – 2000 мл.

Жизненная емкость легких и состоит из суммы объемов дыхательного, резервного вдоха и резервного выдоха. С помощью самодельного спирографа мы получаем жизненная емкость легких для девочек примерно от 2100 мл до 3100 мл (по номограмме от 2720-3100 мл), для мальчиков – от 2100 до 5100 мл (по номограмме от 3750 до 4550 мл).

Вывод. Жизненная емкость легких у девочек меньше, чем у мальчиков.

Работа № 3.  Определение объема воздуха в комнате  (приложение 2)

Приборы и материалы: рулетка, калькулятор.

Порядок выполнения работы.

Объем кабинета вычисляем по формуле V=a∙b∙c

V=4,5м∙6,5м∙3,0м=87,75м3

Молекул воздуха не существует, так как воздух — это смесь газов (азота, кислорода, углекислого газа и других). А также из-за испарения в воздухе всегда присутствуют молекулы воды. Заражение в основном происходит воздушно-капельным путем (при кашле, чихании, разговоре с больным).

Сколько молекул воды вдохнем, если при одном вдохе получили 1, 0 л воздуха? Считать, что в нем содержится 1 капля воды.

Решение:

D≈    10 см=м-размер одного атома

D≈3∙  см-диаметр молекулы воды

Считаем, что каждая молекула воды при плотной упаковке молекул занимает объем V_1=3∙см³.

Объем капли – V=1см³

N=V/V_1

N=(1〖см〗^3)/〖(〖3∙10〗^(-8) см) 〗^3 ≈3,7∙〖10〗^22

Подсчитано, что в 1л воздуха содержится 2,7×1022 молекул.

V - 87,75м3=87750л - объем воздуха в кабинете физики

N=87750×2,7×1022 =2,37×1029 молекул содержится в кабинете. Если мы при одном вдохе получили 1, 0 л воздуха, то на каждого человека примерно приходится

2,37×1029 /27 человек=8,7×1026 молекул.

Вывод.

Заключение

Считая, что в 1см3 воздуха на высоте 0,5 м от пола содержится 88 микробов. А мы как раз сидя за партами в кабинете чаще всего располагаемся на такой высоте, то в 1 л вдыхаемого воздуха 88 млн. микробов. Если предположить, что микробы равномерно распределятся по всему кабинету, то каждому находящемуся в кабинете достанется более 3 млн. микробов. А это значит, что даже один учащийся, болеющий гриппом, окажется в классной комнате, то это создаст высокую вероятность заражения других детей.

Таким образом, согласно поставленной цели и задачам, мы изучили теоретический материал о распространении гриппа, определили дыхательный объем легких, рассмотрели способы определения дыхательного объема легких, провели расчеты выдыхаемого количества молекул в воздухе. Также мы рассчитали количество молекул, которые могут побывать в легких разных людей, находящихся в одной комнате.

Наша гипотеза нашла подтверждение: вероятность распространения вируса гриппа среди учащихся одного класса можно определить, рассчитав концентрацию молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе.

Мы также пришли к выводу, что объем легких мальчиков больше, так как вес и рост мальчиков больше, чем девочек, а значит и количество вдыхаемого воздуха в легкие больше и это приводит еще более частому захвату при вдохе молекул, побывавших в легких других людей. А значит, можно предположить, что мальчики более уязвимы заражению воздушно-капельным путем.

Все понимают, что дыхание – это один из жизненно важных процессов в организме человека, которое осуществляется в основном диффузией. Дыхательный объем легких человека сумели определить двумя способами: по площади поверхности тела и методом спирометрии. Диаметр любого атома имеет порядок 10-8 см.

Эти размеры так малы, что их невозможно себе представить. Считая, что всегда молекулы воды находятся в воздухе из-за испарений с поверхности рек, озер и водоемов, можно найти примерное число молекул, разделив весь объем на объем, приходящийся на одну молекулу. При каждом вдохе мы захватываем столько молекул, что если бы все они после выдоха равномерно распределились в атмосфере земли, то каждый житель планеты при вдохе получил бы две-три молекулы, побывавшие в ваших легких. Вот почему необходимо оставаться дома при первых признаках заболевания, пока не удостоверился, что ты не являешься переносчиком опасных вирусов во время эпидемий.

С конца декабря в ежедневном режиме в новостях идут сообщения о новом инфекционном заболевании, вызванным коронавирусом 2019-nCoV. Для него характерны симптомы ОРВИ, переходящие в тяжелую пневмонию.

Коронавирусы — генетически близкая группа вирусов, которые заражают высших животных и человека. В городе Ухань (Китай) с населением 11 миллионов, были зафиксированы первые случаи заболевания. В городе введен карантин, с ним прервано железнодорожное и авиа-сообщение. Больной способен заразить других, причем воздушно-капельным путем, самым легким из всех возможных. Симптомы заболевания схожи с симптомами ОРВИ в легких случаях и с симптомами атипичной пневмонии – в тяжелых.

Поэтому в период вспышки по возможности необходимо также избегать контакта с больными и мест большого скопления людей, проводить влажную уборку с дезинфицирующими средствами, при чихании и кашле прикрывать рот и нос салфеткой и тщательно мыть руки.

Список литературы и источников

1.     Физика. 7 кл.: учебник /А.В. Перышкин. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2016. – 238 с.: ил.

2.     Физика. 10 кл.: учеб. для общеобразоват.организаций: базовый и углубл.уровни /Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский; под ред. Н.А.Парфентьевой. – 6-е изд., перераб. И доп. – М.: Просвещение, 2018. – 432 с.: ил.

3.     Геометрия. 7-9 классы: учеб. Для общеобразоват. Организаций /[Л.С. Атанасян, В.Ф. Бутузов, С.Б. Кадомцев и др.]. – 5-е изд. – М.: Просвещение, 2015.- 383 с : ил.

4.     Чандаева С.А. Физика и человек: пособие для учителей физики общеобразоват. учреждений, гимназий и лицеев. – М.: АО «Аспект Пресс», 1994.- 336 с. – (Программа: Обновление гуманит. образования в России).

5.     Что такое грипп? [Электронный ресурс].

6.     Бугаев В. Грипп шагает по России / В. Бугаев // Гражд. защита. - 1998. - N: 10. - С. 14-18.

7.     Свальнова В. Грипп: привет всей семье. / Свальнова В. // Здоровье. - 2001. - N 11. - С. 64-67.

8.     Сутормин О. Поговорим о воздухе, которым мы дышим. Сибирский Федеральный Университет 2000 г.

9.     Детская энциклопедия. Ред. Д. Д. Благого, В. А. Варсанофьева и др.1 том. Микробы в воздухе. Издательство «Педагогика». 1958—1962 г. Объём — 6000 c. Тираж — 300 тыс. экз.

Приложение 1

Проведение экспериментов по определению объема выдыхаемого воздуха

Приложение 2

Определение объема воздуха в комнате

В процессе работы над индивидуальным проектом по физике "Распространение гриппа с точки зрения физики" ученица 8 класса школы определила концентрацию молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе в условиях школьного кабинета и вероятность распространения вируса гриппа среди учащихся одного класса.

Подробнее о проекте:

В учебной исследовательской работе по физике "Распространение гриппа с точки зрения физики" автор изучает теоретический материал по выбранной теме, определяет дыхательный объем легких различными методами (номограммы и самодельного спирографа) и расчитывает количество молекул выдыхаемого воздуха и количество молекул гриппа, выдыхаемого и вдыхаемого учащимися. После проведенного эксперимента ученица проанализировала и сравнила полученные результаты.

В готовом творческом и исследовательском проекте по физике "Распространение гриппа с точки зрения физики" автор описывает пути передачи гриппа и ОРВИ, проводит практическое исследование, в рамках которого определяет дыхательный объем легких человека по номограмме, дыхательный объем легких при помощи самодельного спирографа, объем воздуха в комнате. Настоящая работа доказывает, что вероятность распространения вируса гриппа среди учащихся одного класса возможно определить, рассчитав концентрацию молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе.

 Грипп – очень заразная вирусная инфекция с воздушно-капельным и контактно-бытовым механизмами передачи. Особенностью вирусов гриппа является их способность мутировать. По неутешительной статистике, ежегодно от вирусов гриппа по всему миру умирает большое количество людей. Это обусловлено не только разновидностью штаммов заболевания, но и множеством осложнений, к которым болезнь может привести пациента. Поэтому осведомленность о симптомах этого заболевания и умение ее отличать от других вирусных болезней помогает своевременно начинать реабилитационные меры и минимизировать сложность протекания гриппа в каждом случае.

Источником инфекции обычно является больной человек. С капельками слизи из дыхательных путей при чихании, кашле и разговоре вирус может рассеиваться на несколько метров от больного. Вирусы гриппа достаточно устойчивы к неблагоприятным условиям внешней среды, при низких температурах они способны сохраняться до нескольких месяцев.

Однако в комнатных условиях вирусы выживают не долго, но несколько часов вне человеческого (либо другого живого) организма он вполне может вынести. Так же грипп чувствителен к высоким температурам, сухости, химикатам, ультрафиолету, озону. После перенесенного гриппа формируется крепкий иммунитет к вирусу, вызвавшему заболевание. Повторные заболевания вызваны заражением вирусами новых видов.

Инкубационный период гриппа зависит от различных факторов, таких как штамм, количество вирусных частиц, попавших в организм, устойчивость иммунитета человека и других. В среднем варьируется от 1 до 4 суток. При этом заразившийся человек является не только носителем полученной инфекции, но и ее распространителем. Особенно тяжелой является ситуация, если инкубационный период затягивается, поскольку в первые 48 часов после заражения заболевший наиболее активно распространяет возбудителя среди окружающих.

Проходит грипп достаточно разнообразно, что зависит от большого количества факторов. В легких случаях многие из симптомов напоминают симптомы простуды. У взрослых грипп характеризуется внезапным острым началом. Среди основных самых частых симптомов заболевания специалисты называют:

Повышение температуры;

Появление кашля;

Головные боли;

Боли в мышцах;

Боль в горле;

Напряжение и болезненность глаз;

Возникновение ринита;

Слабость.

Среди всех вышесказанных симптомов постоянна, только повышенная температура, остальные симптомы может возникать не в каждом случае болезни. При этом температура у заболевшего поднимается очень быстро, буквально за несколько часов она может достигнуть отметки 39 градусов, иногда достигая и 40. Такие скачки температуры являются выражением интоксикационных процессов и реакцией иммунного ответа организма человека. Также при гриппе температуры под воздействием жаропонижающих средств понижается лишь на некоторое время, спустя которое значения температуры вновь резко возрастают.

Что такое объем легких

Так называют количество воздуха, проходящее через дыхательную систему за один дыхательный цикл. Это важный параметр, так как от него зависит насыщение внутренних органов и тканей кислородом. В среднем взрослый человек делает от 16 до 20 вдохов, при этом средний объем легких у взрослого мужчины достигает 6 литров (в среднем 4–5 литров), у женщины – 4 литра.

Так же объём лёгких во многом зависит от индивидуальных особенностей:

Телосложение. (У худых и высоких объем легких больше, чем у низких и коренастых);

Масса тела. (Чаще всего у людей с ожирением, объем легких на 10–11% ниже.);

Курение. (Табачный дым со временем уменьшает жизненный объем легких);

Перенесенные или хронические заболевания дыхательной системы;

Жизнь в условиях высокогорья. (У горцев объем легких больше, чем у людей проживающих);

Пожилой возраст. (По мере старения объем легких постепенно уменьшается);

Беременность. (При вынашивании ребенка матка давит на все внутренние органы, включая диафрагму, объем поступающего воздуха уменьшается.)

Параметры объема легких

Так как обычно человек в состоянии покоя чаще всего никогда не дышит полной грудью, в медицине выделяют несколько основных параметров объема легких.

Дыхательный объем (ДО, TV) – то, сколько воздуха проходит через легкие при ровном дыхании. В среднем у взрослого составляет около 500 см3;

Резервный объем вдоха (РОвд, IRV) – то есть, сколько воздуха человек может ещё пустить в легкие после того, как уже вдохнул. В среднем также у взрослого равен 1500 см3;

Резервный объем выдоха (РОвыд, ERV) – сколько воздуха человек может выдохнуть ещё после того, как уже сделал выдох. Также, как и при Ровдах среднее значение – 1500 см3;

Остаточный объем легких (ОО, RV) – это объем резервного воздуха, который задерживается в легких, когда человек сделает максимальный выдох. Последний остаточный запас, как правило, не измеряется.

На основе четырех этих параметров врачи оценивают несколько показателей объема легких:

Общая емкость легких (ОЕЛ, TLC) – это сумма всех четырех объемов легких;

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, VC) – сумма Ровд, РОвыд и дыхательного объема. В сумме она составляет примерно 3500 см3, однако, у спортсменов может быть увеличена на 1000–1500 см³. Самые развитые легкие при этом у пловцов. К примеру, ЖЕЛ олимпийского чемпиона Майкла Фелпса на пике карьеры был равен примерно 6500 см3;

Функциональная остаточная емкость (ФОЕЛ, FRC) - объем воздуха в легких после спокойного выдоха. ФОЕ = РОвыд + ОО;

Ёмкость вдоха (IC) – сколько воздуха попало в легкие за один вдох. Сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха.

Эти показатели замеряются с помощью специального прибора – спирометра. Однако он позволяет снимать и другие показания, например, пиковую скорость потока в момент выдоха и ещё множество параметров. Это очень важно при оценке поражения легких, например, при раке.

Определение дыхательного объема легких человека по номограмме

 Номограмма — графическое представление функции от нескольких переменных, позволяющее с помощью простых геометрических операций (например, прикладывания линейки) исследовать функциональные зависимости без вычислений. Например, решать квадратное уравнение без применения формул.

Легочный объем, который вдыхается или выдыхается человеком при спокойном дыхании, называется дыхательным объемом. Его величина при спокойном дыхании составляет в среднем 500 мл

Для определения дыхательного объёма лёгких с помощью номограммы нужно соединить при помощи линейки, прямой линией показатели веса и частоту дыхания

Значение дыхательного объема находят в точке пересечения прямой, соединяющей показатели веса (на шкале I) и частоты дыхания (на шкале III), со шкалой II.

Результат занесём в таблицу.

Основные параметры	девочки			мальчики
Вес, кг	65	54	49	82	75	69
Частота дыхания, мин	12	14	12	14	16	13
Дыхательный объём лёгких, л	0,380	0,320	0,340	0,450	0,4	0,4

В одном литре 1000 см3.Для того, чтобы перевести см³ в литры нужно V*0,001.

Объем легких мальчиков больше, так как вес и рост мальчиков больше, чем девочек, а значит и количество вдыхаемого воздуха в легкие больше и это приводит еще более частому захвату при вдохе молекул, побывавших в легких других людей. Значит, мальчики более уязвимы вирусным заболеваниям.

Определение объема легких экспериментальным путём

Приборы и материалы: Воздушный шар, измерительная лента.

В качестве самодельного спирографа используем воздушный шарик. При выдохе воздуха в шарик он надувается. Объем шарика можно вычислить, если измерить его диаметр, по формуле

Ход исследования:

Надуть круглый воздушный шарик за 10 спокойных выдохов.

Измерить диаметр шарика и рассчитали его объем по формуле: Vш = 4/3 πR3.

Вычислили дыхательный объем своих легких: Vдых.= Vш/10.

Надули шарик еще два раза и вычислили среднее значение дыхательного объема своих легких: Vдых.ср.= (V1+V2+V3)/3.

Определение объёма воздуха в комнате

1. V=a∙b∙c

Так как воздух — это смесь газов (азота, кислорода, углекислого газа и других). А также из-за испарения в воздухе всегда присутствуют молекулы воды. Заражение в основном происходит воздушно-капельным путем (при кашле, чихании, разговоре с больным).

Сколько молекул воды вдохнем, если при одном вдохе получили 1, 0 л воздуха? Считать, что в нем содержится 1 капля воды.

Решение:
 Размер одного атома равен: Dа=10-10м
 Диаметр молекулы воды равен: Dв=3*10-8см3
 Пусть каждая молекула воды при плотной упаковке молекул занимает объем V1=Dв
 Объем капли: V=1см3

N=V/V1

N=(1 см3)/(3*10ˉ8 см3)≈3,7*1022

Подсчитано, что в 1л воздуха содержится 2,7*1022 молекул.

Перевести объём кабинета из см³ в литры

N=Vк*2,7*1022 – столько молекул содержится в кабинете. Если мы при одном вдохе получили 1, 0 л воздуха, то на каждого человека примерно приходится N/25человек.                    

Заключение

Таким образом, согласно поставленным задачам и цели, я изучила теоретический материал о распространении гриппа, определила дыхательный объем легких, рассмотрела способы определения дыхательного объема легких человека, провела расчеты выдыхаемого количества молекул в воздухе.

Я также пришла к выводу, что вес и рост мальчиков больше, чем девочек, а значит и объём лёгких мальчиков больше, значит и количество вдыхаемого воздуха в легкие больше и это приводит к захвату большего количества молекул при вдохе, побывавших в легких других людей. Следовательно, можно предположить, что мальчики более уязвимы заражению воздушно-капельным путем.

"Распространение гриппа с точки зрения физики" автором была поставлена цель определить возможность заражения вирусом гриппа учащихся одного класса, а также люди какого пола более подвержены заболеванию данной инфекцией экспериментальным путём - с помощью измерения объёма лёгких.

Исследование «Распространение вирусных инфекций с точки зрения физики и математики»

Автор: Воинков Иван

Место работы/учебы (аффилиация): МОУ Байдарская ООШ, Курганская область, 8 класс

Научный руководитель: Васильева Марина Николаевна

Сегодня человечество столкнулось с опасной вирусной инфекцией COVID-19. Уже несколько недель мы находимся на дистанционном обучении, целью которого является минимизация контактов людей и замедление темпов распространения данного заболевания.

Актуальность исследования заключается в том, что, несмотря на рекомендации врачей, ежегодно закрываются на карантин детские сады и школы во время эпидемий, что происходит и в данный момент. Поэтому мне хочется рассмотреть вопросы распространение вирусных инфекций с точки зрения физики и математики.

Мне стало интересно, можно ли определить объем легких, ведь объем тел правильной формы и небольших тел неправильных форм мы определять умеем, сможем ли рассчитать примерное количество одних и тех же молекул, которые могут побывать в легких разных людей, находящихся в одной комнате.

Цель исследования: определить концентрацию молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе в условиях школьного кабинета и вероятность распространения коронавируса, вируса гриппа или ОРВИ среди учащихся одного класса.

Задачи исследования:

1.      Изучить теоретический материал по выбранной теме.

2.      Определить дыхательный объем легких различными методами (номограммы и самодельного спирографа).

3.      Рассчитать количество молекул выдыхаемого воздуха и предполагаемое количество молекул вируса, выдыхаемого и вдыхаемого учащимися.

4.      Проанализировать и сравнить полученные результаты и сделать выводы.

Объект исследования: дыхательный объем легких человека.

Предмет исследования: концентрация молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе в условиях школьного кабинета и вероятность распространения вирусов среди учащихся одного класса.

Гипотеза: вероятность распространения коронавируса, вируса гриппа или ОРВИ среди учащихся одного класса возможно определить, рассчитав концентрацию молекул в выдыхаемом и вдыхаемом учащимися воздухе.

Методы исследования:

·         теоретический – анализ теоретического материала (метод использовался при работе с литературой и источниками);

·         эмпирический (проведение эксперимента с использованием номограммы и самодельного спирографа для определения объема легких);

·         математические методы обработки полученных результатов.

Поговорим о воздухе, которым мы дышим

автор: Олег Сутормин,
научный сотрудник
лаборатории
биолюминесцентных
биотехнологий

Сегодня вечером, впервые в этом году, включил телевизор и попал на новостной выпуск. Главной темой была набирающая обороты на территории Российской Федерации эпидемия гриппа. Особое опасение у эпидемиологов вызывают выявленные вирусные частицы, относящиеся к гриппу типа А, а также выявленный на Дальнем Востоке РФ очень опасный для человека так называемый гонконгский грипп. Никогда не думал, что смогу такое написать, но огромное спасибо телевидению и новостному выпуску, на который я попал, в частности, за почву для создания сегодняшнего поста.

В исследовании, проведённом научным коллективом из Мэрилендского университета в Колледж-Парке, авторы погрузились в изучение новых путей распространения вируса гриппа, которые не изучались ранее и на которые почему-то не обращали внимание. Гипотеза заключалась в том, что вирусные частицы могут выделяться болеющим человеком не только через кашель и чиханье, но и в процессе обычного дыхания и во время высказывания своих мыслей. Для проверки поставленной гипотезы авторы собрали группу из 335 добровольцев с признаками острых респираторных заболеваний и отобрали у них образцы как выдыхаемого ими воздуха в обычном состоянии, так и мазки из полости носа. Мазки из полости носа использовали как стандартный метод определения наличия в организме вирусных частиц. Выдыхаемый воздух волонтёрами собирался в течение 30 минут. Также через каждые 5 минут, во время сбора выдыхаемого воздуха, исследуемого волонтёра просили проговорить алфавит.

Что получилось в итоге? Начнём со спойлера: авторам работы удалось обнаружить в 39 % «выдыхаемых» волонтёрами образцах частицы вируса гриппа. При этом авторы отмечают, что «выдыхаемые» вирусные частицы обладают достаточно большой скоростью размножения, за 30 минут получается до 10³ новых частиц вируса гриппа.

Таким образом, существует реальная возможность заразиться гриппом от больного человека, просто дыша с ним одним воздухом. Помимо этого, делается ещё несколько занимательных выводов.

·         Так, количество «выдыхаемых» вирусных частиц не зависит от степени выраженности болезни, т. е. от симптомов. Независимо от того была ли у волонтёра начальная стадия вирусного заболевания или прогрессирующая, частиц гриппа «выдыхалось» одно и то же количество.

·         От степени выраженности симптомов гриппа зависит концентрация частиц гриппа в полости носа, которые могут быть выброшены во время чиханья.

Также авторы исследования обращают особое внимание на широко распространённое мнение, что заразиться гриппом можно только от человека, который постоянно чихает. Как отмечается в опубликованной работе, чиханье не играет большой роли в распространении вирусов гриппа воздушным путём. Во время чиханья мы «выбрасываем» из себя капли, содержащие вирусы гриппа, которые оседают на поверхностях, и заражение происходит именно из-за контакта с поверхностями, на которых находятся капли содержащие вирусные частицы. Что касается кашля, то вполне логично, что кашель увеличивает количество «выдыхаемых» вирусных частиц больным человеком. Вдобавок к этому, отмечается, что мужчины «выдыхают» больше вирусных частиц гриппа, во время кашля и чиханья, чем женщины. Авторы исследования связывают эту гендерную зависимость с бОльшим у мужчин, чем у женщин, показателем «жизненная ёмкость лёгких».

Авторы исследования надеются, что знакомство с их работой поможет повысить культуру борьбы с распространением вирусов гриппа среди населения. Поэтому, если вы заболели, то не стоит ходить больным на работу или учёбу, даже с первоначальными симптомами, — нужно незамедлительно обратиться к врачу. Не болейте и до скорых встреч!

Олег Сутормин Статья. Поговорим о воздухе, которым мы дышим.,
smi.sfu-kras.ru›blogs/biotechnology/9

Девочки

Мальчики