Проект по физике "Оценка давления оказываемого гвоздем"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 «Лицей №8 имени Жени Попова»

Утверждено

заместителем директора по  УВР

Ермаченко Л.А.

_____________________

Реферат по физике на тему:

«Оценка давления, оказываемого гвоздем»

Подготовили:

Тлехурай Александр

Тлехурай Андрей

Шерозадашвили Кирилл

Руководитель проета:

Стальной А.А.,

учитель физики

высшей квалификационной категории

Майкоп, 2020 год

Оглавление:

1.     Введение                                                                                               3 стр

2.     Давление                                                                                               4 стр

3.     Нахождение площади поверхности кончика гвоздя                             5 стр

4.     Измерение болевого порога человека                                                  6 стр

5.     Как сделать доску Садху                                                                      6 стр

6.     Техника безопасности                                                                          6 стр

7.     Заключение                                                                                           8 стр

8.     Список используемых источников                                                       9 стр

9.     Приложение 1. Размеры доски Садху                                                 10 стр

10.  Приложение 2. Нахождение площади поверхности кончика гвоздя  11 стр

11.  Приложение 3. Техника безопасности                                                12 стр

Введение

Актуальность выбранной темы связана с тем, что в последнее время люди начинают заниматься йогой и вершиной овладения практики является возможность лежать или стоять на гвоздях. Поэтому встал вопрос: «А может ли любой человек лежать на гвоздях?». Для этого мы изготовили доску Садху и провели расчеты давления, оказываемого одним гвоздем на тело человека и давление на опору.

 При расчетах мы пользовались формулами математики и физики, которые мы нашли в учебнике геометрии и учебники физики.

Цели проекта:

•          Узнать может ли каждый лежать на гвоздях

•          Как связаны между собой давление на опору и площадь поверхности доски Садху

В соответствии с целью решались следующие задачи проекта:

·  Оценить давление, оказываемое гвоздем

·  Вычислить давление человека на опору

·  Вычислить болевой порог человека

Практическая значимость работы: данная работа может быть использована на уроках физики в 7 классах при изучении темы «Давление», а также для популяризации предмета физики.

Давление

Как известно, давление — это сила, действующая на единицу поверхности перпендикулярно последней.

Женщина массой 60 кг имеет вес F = mg = 60 кг*9,8 H/кг =588 Н, именно с такой силой она давит на поверхность, которая служит ей опорой.

Теперь представим себе, что человек лежит на спине, причем с поверхностью он контактирует всего двумя областями — спиной (она на возвышении) и пятками. Площадь контакта его спины с поверхностью составляет S = 0,35 м*0,53 м = 0, 1855 м².

Масса туловища вычисляется по формуле m= V*ρ. Объем туловища находится по формуле V = L*b*c, где L – длина туловища, b -  ширина, c – толщина.

В наших измерениях

L = 0,53 м, b = 0,35 м, с = 0,2 м. Тогда V = 0,53 м *0,35 м *0,2 м  = 0,0371 (м³)

 Для человека ρ » 1000 (кг/ м³ )

Тогда m = 0,0371 м3*1000 кг/ м³ = 37,1 (кг)

Спиной человек давит на поверхность с силой

 F = mg = 37,1 кг*9,8 H/кг =363,58 Н, а оказываемое давление составляет  P = F/S, где F – сила, действующая перпендикулярно поверхности, S – площадь поверхности, P -  давление

P = 363,58 H/ 0, 1855 м² = 1960 (Па) = 1, 96 (кПа)

Как изменится ситуация, если мы ляжем спиной на гвоздь? Пятно контакта уменьшится до кончика гвоздя, то есть примерно 0,0000014 м²! Давление возрастет во много раз и составит

P = 363,58 H / 0,0000014 м² = 259 700(кПа)— этого будет вполне достаточно для того, чтобы кожа не выдержала и порвалась. По сути, в этот момент мы получили травму и при самом благоприятном исходе испортили себе целый день и несколько последующих. А при неблагоприятном — загремели в больницу.

В случае же с целой доской гвоздей ситуация совершенно иная. Давление распределяется по всей поверхности спины; взаимодействие между кончиком одного гвоздя и участком кожи составляет вовсе не рассчитанные нами 259 700 кПа, а значительно меньше.

Нахождение площади поверхности кончика гвоздя

(Cм. Приложение 2)

L= πd  , где L – длина внутренней окружности гвоздей

d₀=L/N (N=14 – количество гвоздей)  (d₀ – диаметр кончика 1 гвоздя)

S=S₀*824 (824- количество гвоздей на доске) (S₀ – площадь поверхности кончика 1 гвоздя, S – площадь поверхности кончиков всех гвоздей на доске Садху)

где d – диаметр внутренней окружности

d₀= 0,01884/14 = 0,001346 (м)

S₀=3,14*(0,001346)²/4 = 0,0000014 (м²)

S = 0,0000014*824=0,0011536 (м²)

Измерение болевого порога человека

Болевой порог человека измеряется по формуле σ = F/S0 , где F – сила, измеряемая динамометром, S0 – площадь кончика гвоздя (величина постоянная)

В нашем случае получаем:

σ = 2,8 H /0,0000014 м²  = 2000 кПа

P = 363,58 H /0,0011536 м² = 315,17 кПа

P < σ, значит, можно смело ложиться на доску Садху

Как сделать доску Садху

Просто так вбивать гвозди в доску нельзя — она растрескается.

Сперва нужно расчертить доску «сеткой», затем просверлить отверстия в перекрестьях, затем вбить  гвозди. Сверло должно быть того же номинального диаметра, что и гвоздь (мы выбрали 3,0 мм). Высота гвоздей, в принципе, значения не имеет, были  взяты гвозди высотой 70 мм.

Даже при вбивании гвоздей в заранее высверленные отверстия происходят перекосы. В этом нет ничего страшного.

См. Приложение 1

Техника безопасности

1. Неподготовленному человеку рекомендуем ложиться на гвозди только в одежде (футболки достаточно). Голую кожу гвозди могут проткнуть или поцарапать.

 2. Все нужно делать очень медленно. Медленно ложиться, медленно подниматься, никаких резких движений.

3. Голова и шея должны находиться вне зоны гвоздей.

4. Дети могут выполнять данный опыт только при СТРОГОМ КОНТРОЛЕ ВЗРОСЛЫХ.

Ложиться на гвозди нужно аккуратно.

Одежду снимать не стоит — футболка позволяет дополнительно распределить давление, снизить нагрузку и не повредить опасные участки спины, например родинки.

Сперва необходимо разместить около доски подставку высотой, соответствующей уровню кончиков гвоздей. На нее нужно сесть, а затем лечь назад, опираясь на локти. Ассистент должен контролировать, чтобы последний ряд гвоздей приходился на спину, а не на шею. Под голову нужно подложить подушку.

Если сделать все это не торопясь, вы не пострадаете.

Если вам не хватает экстремальных ощущений, можно попробовать сделать опыт с нагрузкой. Взрослый человек на доске-подставке без гвоздей (центр тяжести лучше поместить между грудью и животом) спокойно переносит дополнительную нагрузку до 20 кг. (См. Приложение 3)

Заключение

В ходе работы над проектом были выполнены задачи проекта и достигнуты цели. Нам удалось самим изготовить доску Садху, сделать расчеты поверхности кончика гвоздя, рассчитать давление человека на опору и лечь на доску Садху

Таким образом можно утверждать, что при данных параметрах доски и практически любой массы человека можно лежать на доске Садху.

Список литературы:

1.     Л.С. Атанасян. Геометрия 7-9. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2014. – 383 с.

2.     Л.Э. Тенденштейн, А.Б. Кайдалов. Физика 7 класс. Изд. «Мнемозина», 2016. – 255 с.

3.     Я.И. Перельман. Занимательная физика. Изд. «Астрель», 1991. - 244 с.

4.     Г.С. Ландсберг. Элементарный учебник физики том 1. Изд. «Наука», 1985. – 607 с.

5.     Занимательные опыты и эксперименты. Изд. «Аста», 2018. – 256с.

6.     http://pravilospb.ru/doska-dlya-jogi-svoimi-rukami/

7.     http://yogadesc.ru/firedesk

8.     https://phscs.ru/physics7/pressure

Приложение 1

Размеры доски Садху

Приложение 2.

Нахождение площади поверхности кончика гвоздя

Приложение 3.