Проект по физике учащихся 8 класса "Физика высоких каблуков"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

« Средняя общеобразовательная школа п. Восход  Балашовского района Саратовской области»

Муниципальный конкурс реализованных ученических проектов

и исследовательских работ

«Я-исследователь»

Физика высоких каблуков

исследовательский проект

Секция: ФИЗИКА

Авторы: Близнюкова Ангелина

Васильевна,  Малько Арина

Дмитриевна, Половинко Александра

Дмитриевна ,8 класс

Тел: [phone]

Научный руководитель:

 Халтурина Евгения Юрьевна,

учитель физики

Тел: 96-200

Балашов, 2015 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Введение………………………………………………………………………………….……..3.

1. История происхождения каблуков………………………………………………………….5.

2. Результаты анкетирования ……….………………………………………………….………7.

3. Динамика и статика стопы находящаяся на ровной горизонтальной поверхности……..9.

4. Динамика и статика стопы находящаяся на высоких каблуках………………………….12.

5. Исследования

5.1. Почему так сложно стоять на носочках?...............................................................15.

5.2. Зависимость давления на стопу от наличия каблука. ………………………..…16.

5.3. Определение идеальной высоты каблука………………………………………..17.

6. Обувь, которая поможет сохранить наше здоровье……………………………………....18.

Заключение……………………………………………………………………………………..19.

Список литературы…………………………………………………………………………….20.

Приложения………………………………………………………………………………….....21.

Врачи бьют тревогу, ведь модные тенденции, заключающиеся в постоянном увеличении высоты каблука, губительно сказываются на женском здоровье. Помимо хронических болей в спине и ногах, женщин ожидают, в недалеком будущем, деформирование костей ступни и пальцев, варикозное расширение вен, повреждение связок, деформация костей таза и целый «букет» других, не менее грозных недугов.

Выбор темы научной работы не случаен.  Основным поводом исследовательской работы  является то, что  уже с раннего возраста  девушки стараются следить за модой, стремятся выглядеть, привлекательно используя высокие каблуки, не представляя какой вред своему здоровью они наносят сами себе, не осознавая, что их ожидает в будущем. Скелет формируется вплоть до 20-25 лет, и если подросток сумеет испортить его каблуками, вылечиться будет уже практически невозможно.

В своей работе  мы хотели бы рассказать о вреде высоких каблуков и о обуви которая поможет сохранить наше здоровье. Тема, выбранная нами  и наши  исследования, опираются на связь законов физики с биологией, медициной и математикой. Тема очень актуальна и интересна.

Цель работы:

Выявление факторов, опасно влияющих на здоровье вследствие длительного  ношения обуви на высоком каблуке, с точки зрения физики.

Задачи:

1.      Проанализировать материал по теме исследования и проследить историю происхождения каблуков.

2.      Провести анкетирование, чтобы узнать  мнения учащихся и преподавателей нашей школы о каблуках; провести анализ полученных данных.

3.      Сравнить динамику и статику стопы находящуюся на ровной горизонтальной поверхности и на высоких каблуках.

4.      Объяснить с точки зрения физики возникновение заболеваний из-за длительного ношения обуви на высоких каблуках.

5.      Выяснить, почему так сложно ходить на высоких каблуках;  установить зависимость давления на стопу от наличия каблука; определить  идеальную высоту каблука и провести исследования по этим вопросам.

Предмет исследования -  высокие каблуки.

Объект исследования – вред высоких каблуков на здоровье человека с точки зрения физики.

Гипотеза - если обувь имеет каблук, то давление на стопу должно возрасти, что может нанести вред здоровью.

Методы исследования: теоретические методы - методы систематизации теоретического материала, исследовательские методы, обобщение накопленного материала, изучение и анализ научной и публицистической литературы по проблеме исследования, моделирование, исторический анализ и интерпретация  полученных результатов исследования.

ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КАБЛУКОВ.

Изучив интернет – источники я выяснила, что предшественниками каблуков была обувь на платформе. В основном ее использовали, чтобы увеличить свой рост и соответственно статус. Подошвы делались в основном из дерева или пробки. Около 200 лет до нашей эры появилась котурны – обувь на платформе, которую использовали римские и греческие актеры театра. Такая обувь делала их заметнее на сцене. Позже в Японии и Китае переняли из Греции и Рима моду на обувь с высокой платформой.

В Венеции, начиная с XV века, женщины разных сословий надевали очень большие платформы  20 -30 сантиметров высотой, — цокколи (копытца).

В XVI веке в эпоху Ренессанса в дамскую моду входит обувь не просто на высокой, а очень высокой платформе высотой от 14 до 70 сантиметров - “chopines”. Женщины в такой обуви могли ходить только с помощью палочки или прислуги (Приложение 1).

Также известно, что в Древнем Египте примерно в 4000 году до нашей эры простые землепашцы, пользовались обувью на каблуках т.к. они создавали необходимый упор, чтобы легче было передвигаться по мягкой рыхлой земле, а также мясники.

На Руси первые каблуки появились в XIV веке. Их вырезали из цельных кусков дерева и вкладывали в сапог под подошву. Сверху всю конструкцию обшивали кожей. В XVI веке появился наборный каблук, состоящий из многих слоев кожи, скрепленных металлической скобкой и подбитых подковкой. Ходить в обуви на таких каблуках было крайне тяжело, потому, что еще не изобрели супинатор и детали, которые фиксировали стопу, например обувной язычок. Да и шили тогда без различия правой и левой ноги.

Считается, что современный каблук ведет свою историю с эпохи Барокко. А придумали его мужчины. По одной версии это был французский офицер, носивший ботфорты - тяжелые высокие кожаные сапоги, обязательный элемент которых - наборный каблук. Нужен он был, чтобы во время верховой езды нога лучше держалась в стремени. По другой - первые каблуки появились у всадников Золотой Орды. И они тоже были нужны для удобной езды верхом. А потому долго оставались принадлежностью мужской обуви.

Первой женщиной, которая появилась на публике в туфлях на каблуках, была Екатерина Медичи. В 1533 она привезла их из Флоренции на свою свадьбу с графом Орлеанским. Медичи стала законодательницей каблучной моды – вскоре вся французская знать встала на каблук. Чтобы выглядеть более властно, туфли на высоких каблуках стала носить, вся французская аристократия: королева Англии - Мария Тюдор (она же Кровавая Мэри), французский король Людовика XV, Маркиза де Помпадур и т.д.  Чтобы как-то отличаться, друг от друга, каждый владелец обуви желал оригинальной отделки своих туфель: это могли быть вышивка, ленты и даже драгоценные камни. Получается, что  именно Франция диктовала моду на каблуки. В других странах модную обувь дополняли лишь каким-то национальным элементом.

В XVII веке модными стали не только военные сапоги, но и светские. На  каблуках ходят как мужчины, так и женщины. Высота каблука могла доходить до 12 сантиметров.

Самое интересное, во время французской революции высокие каблуки настолько вошли в обиход, что уже вызывали и критику. Врачи и философы выступали против таких туфель – за то, что они деформируют ноги и наносят вред здоровью. И это было только начало бурных дискуссий из-за вреда подобной обуви для здоровья, которые будут длиться столетиями и до наших дней.

В XVIII веке каблуки решительно вышли из моды среди мужчин. А после Великой Французской Революции модными стали балетки - шелковые туфли-тапочки на тонкой кожаной подошве, в которых было удобно танцевать. Умение  хорошо танцевать в то время считалось обязательным, а на каблуках не потанцуешь.

Каблуки вернулись в моду в 1860-х годах, а появившиеся к тому времени технологии существенно облегчили изготовление обуви.

В 1950 году итальянский дизайнер Сальваторе Феррагамо в качестве опоры для каблука предложил долгий металлический стержень – стилет. Сальваторе додумался насадить высочайший каблук на железный стержень и облечь его в кожу либо пластик, каблуки-стилеты произвели реальную революцию (Приложение 1 (продолжение)).

XX век стал настоящим триумфом обувных дел мастеров. За последнее столетие было придумано столько фасонов и видов каблуков, сколько не изобрели наши предки за всю минувшую историю. Сегодня в моде каблуки разной толщины и высоты, имеющие в сечении различные формы — от прямоугольника и трапеции до треугольника [2, 3, 4].

Таким образом, назначение каблука обуви менялось исторически в зависимости от государства, эпохи, времени. В настоящее время высокий каблук обуви является украшением и характерен в основном для женской обуви. С тех самых пор и до нашего времени  дамы сознательно портят ноги ради моды.

РЕЗУЛЬТАТЫ АНКЕТИРОВАНИЯ.

Для начала мы решили провести анкетирование, чтобы узнать, что думают о каблуках учителя и ученицы нашей школы. Всего в анкетировании участвовало  47 человек. Анкета включала в себя следующие вопросы (Приложение 2).

В результате анкетирования :

Вам нравится носить каблуки?

Да, потому что это красиво.	35%
Да, потому что все носят и я тоже.	15%
Да, потому что мне удобно.	15%
Нет.	35%

Сколько раз в неделю вы одеваете каблуки?

Ни разу	15%
Более одного раза в  неделю	70%
Каждый день	15%

Каковы ваши ощущения, когда на каблуках?

Чувствую себя звездой! Красоткой!	12%
Всегда слежу за тем, чтобы не упасть.	28%
Чувствую напряжение в ногах и спине.	30%
Мечтаю поскорее их снять.	30%

Какой высоты у вас каблук?

Не  больше 2 см.	30%
Не больше 5 см.	30%
Больше 5 см.	10%
Больше 7 см.	30%

Какой толщины у вас каблук?

Толстый	80%
Тонкий	20%

Вы знаете, что носить каблуки вредно?

Думаю, что это ложь.	16%
Никогда не знала об этом.	34%
Если одевать не часто, то особого вреда не будет.	25%
Знаю, но красота требует жертв	10%
Вреден не каблук, а то, что туфли сжимают ногу.	15%

Вы знаете каблук какой высоты не наносит вреда вашему здоровью?

Да, конечно	30%
Нет	70%

Вопрос мальчикам.

Как вы относитесь к девушкам на каблуках.

Мне все равно.	14%
Они выглядят лучше , чем девушки без каблуков.	56%
Они смешно ходят.	30%

Проведение анкетирования и анализ результатов показали нам, что наша  работа просто необходима, для того чтобы донести знания до тех, кто плохо понимает, что их ожидает в будущем.

ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

Чтобы понять какие причины и факторы опасно влияют на здоровье вследствие длительного  ношения обуви на высоком каблуке, надо обратиться к физике. Рассмотрим сначала динамику и статику стопы на горизонтальной поверхности.

Наша стопа – это сложный орган с 28 костями, 24 суставами и сплетениями из связок и мускул. Главное предназначение нашей стопы удержать массу тела и обеспечить ходьбу человека, т.е. движение в пространстве. Наша стопа имеет изогнутую форму – свод,  который амортизирует наше тело во время ходьбы. В норме она имеет два свода - продольный (по внутреннему краю стопы) и поперечный (между основаниями пальцев). Продольный свод бывает внутренним и внешним. Они имеют форму арки. Оба свода стопы предназначены для удержания равновесия и предохранения организма от тряски при ходьбе. Короткие и прочные кости стопы имеют форму точно соответствующую направлению и величине нагрузке. Стопа опирается на ровную поверхность тремя точками А, В и С: основаниями большого пальца и мизинца, а также пяткой, и представляет собой совокупность этих трех сводов. На эти своды сверху давит тяжесть всего тела, поэтому перегородки костей стопы расположены так, как располагались бы в этом случае элементы железобетонной сводчатой конструкции – под прямым углом друг к другу.  При пяточной стопе вся нагрузка – вес тела - падает на задний отдел стопы;  при опоре на необутую стопу большая часть нагрузки падает тоже на задний отдел  (Приложение 4). 

Если рассмотреть положение тела на двух ногах босиком, то в механическом плане это выглядит абсолютно ненормальным и с этой позиции его можно считать чудом, т.к. представляет собой сооружение выдающейся нестабильности  по трем причинам:

·       во-первых, потому что площадь основания для контакта с опорой невелика по отношению к высоте всего сооружения;

·       во-вторых, потому что верхняя часть сооружения более широкая и объемная, нежели нижняя, - как усеченная пирамида;

·       в-третьих, потому что основание не врезано в опору (в землю); ни один архитектор не построил бы подобное сооружение, неминуемо обреченное упасть.

Когда архитектор конструирует высокую башню, небоскреб, он врезывает ее в землю при помощи глубокого фундамента. Такое сооружение, как человеческое тело, остается стабильным, когда вертикальная ось, проходящая через его центр тяжести, попадает в опорное основание, в виде зеленого прямоугольника, в который вписаны отпечатки стоп. Центр тяжести объемного тела - это теоретическая точка, в которой сконцентрирована вся масса этого тела.  Эту точку также называют барицентром.  Центр тяжести всего тела (красная точка), стоящего по стойке «смирно»  располагается в области таза, примерно у второго-третьего крестцовых позвонков, т.е. на уровне 55% высоты тела. Такое расположение центра тяжести имеет огромное значение у женщин, поскольку именно в области таза вокруг этой точки происходит развитие плода, и, возможно, это оберегает его от различных потрясений [5].

Стоящее тело человека можно представить в виде простой двухсегментной модели: стопа — тело.  Соединяет эти два звена голеностопный сустав, относительно его центра тело имеет одну степень свободы: наклон вперед, наклон назад.  Опора при стоянии осуществляется на обе стопы, которые образуют площадь опоры — так называемую базу опоры [6].

Получается, что центр тяжести туловища оказывается намного впереди голеностопных сочленений, и все тело стремится «завалиться» вперед. В норме этому заваливанию препятствуют икроножные мышцы: при падении вперед произошло бы сгибание стоп в голеностопных сочленениях, а икроножная мышца, действуя как разгибатель стопы, препятствует падению и уравновешивает тело в положении стоя. Тело стоит тем прочнее, чем шире площадь опоры и чем ниже расположен центр тяжести. (Приложение 4(продолжение)). Равновесие сохраняется до тех пор, пока проекция центра тяжести располагается внутри площади опоры.

Наиболее типовые движения человека, связанные с нагрузкой стопы — ходьба. Ходьба является автоматизированным двигательным актом.
У человека двуногое передвижение, при котором опора на одну ногу циклично сменяется двуопорным периодом, а затем опорой на другую ногу. При таких условиях последовательность шага  пятка – плюсна – пальцы и толчок.  Наша стопа при ходьбе осуществляет адаптацию к неровностям поверхности, выступает в роли своеобразного «рычага», который передает движение выше, одновременно с этим перераспределяет энергию движения, которая поступает сверху и гасит удар при приземлении ноги. Разумеется, все эти функции соответствуют определенным действиям, из которых и складывается сам шаг.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что стопе присущи  четыре основные функции:

•Рессорная - заключается в способности сводов стопы на 80% гасить энергию удара (т.е. амортизировать), возникающего в момент касания стопы с опорой во время ходьбы, т.е. способность стопы к упругому распластыванию под действием резко изменяющихся вертикальных нагрузок. Поэтому мы передвигаемся мягко и без толчков. Это спасает суставы и кости всего тела человека, в том числе позвонки и кости черепа, от постоянной микротравматизации и связанного с ней воспаления.  Этот процесс регулируется за счет того, что передняя и задняя часть стопы являются соединенными эластичным сухожилием, которое «работает» как пружина. Получается что стопа для тела, как шина для автомобиля. Она обеспечивает безопасное передвижение по различным поверхностям. Если шина повреждена, то машина едет плохо, и в итоге не может быть использована, то же и с ногой.

• Балансировочная  - способность сохранять заданную позу тела во время движения или в положении стоя при любых неровностях опоры, благодаря суставам стопы смещаться во всех плоскостях.

• Перераспределения нагрузки – способность перераспределять нагрузку, когда  нога опирается на всю стопу, чтобы наиболее эффективно пройти следующий этап — отталкивание от опоры.

• Толчковая - способность стопы сообщать ускорение общему центру массы тела при перемещении в пространстве. Толчковая функция проявляется в осуществлении заднего и переднего толчков. Кинетическая энергия, образующаяся при ходьбе, передаётся стопе в момент соприкосновения пятки с опорой, сохраняется в ней во время переката на носок и снова передаётся телу в момент отрыва стопы от опоры. Это позволяет человеку совершать дальнейшее поступательное движение в любом направлении. [6].

Функция и структура стопы с одной стороны зависит от вышележащих элементов опорно-двигательного аппарата, а с другой стороны оказывает на них как положительное, так и негативное влияние. Получается, что многое зависит от того как мы будем эксплуатировать этот орган от  которого зависит система управления нашим стоянием и движением.

А теперь представьте, что происходит с нашими стопами, когда мы поднимаемся на высокий каблук.

ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НАХОДЯЩАЯСЯ НА КАБЛУКАХ.

Так чем же грозит высокий каблук сточки зрения динамики и статики.

При ходьбе мышцы и сухожилия ног работают как рессоры: растягиваясь, они берут на себя часть нагрузки и запасают энергию для следующего шага. Расплатой за прямохождение у человека является повышенное давление на стопы ног, в особенности на свод стопы. Но если стопу поднять на высокий каблук, эти рессоры оказываются заблокированными, и стопа лишается природных возможностей: равномерно распределять вес тела на площадь опоры; амортизировать шаговый импульс; создавать носком силовое отталкивание;  удерживать равновесие, стоя на одной стопе практически полностью выключены. Получается, что женскую обувь на высоких каблуках следует приравнивать к экстремальной. Так женская стопа в обуви на высоких каблуках аналогично протезу, может нести только опорную функцию. При передвижении на высоких каблуках возрастает ударная нагрузка на весь опорно-двигательный аппарат – от голеностопных суставов до верхних отделов позвоночника.  Кроме того...

1. Происходит избыточная перегрузка передней части стопы.

Происходит перераспределение веса тела.  Нагрузка на ноги вырастает в несколько раз. Стопам из-за этого приходиться тяжело, примерно, в пять-шесть раз выше нормы. Так, например, в обуви с каблуком высотой в 2 сантиметра нагрузка, т.е. вес тела,  распределяется равномерно между передним и задним отделами стопы, а в обуви с высоким каблуком (8 -10 сантиметров) большая часть нагрузки падает на передний отдел стопы, т.е. пальцы ног и мысок испытывают перегрузку [7]. При таких условиях последовательность шага больше не пятка – плюсна – пальцы и толчок как у босого. На высоких каблуках  небольшой вес ложится на пятку и толчок почти полностью от плюсны. Стопа превращается в гору, когда вся нагрузка стремится вниз (Приложение 5). Известно, что каждые два сантиметра высоты каблука увеличивают примерно на 25% давление на пальцы. Давление растет с увеличением высоты каблука. Ношение 8-сантиметрового каблука увеличивает давление на пальцы стоп уже на 75% .

Если длительное время носить обувь с высоким каблуком, то эти нагрузки, которые перераспределяются, в значительной мере изменяют анатомию стопы. Стопа уплощается, а рессорная функция стопы нарушается.  Пяточное сухожилие оказывается незадействованным и постепенно атрофируется. При этом нарушается и кровообращение. Это неизбежно приводит к быстрому развитию необратимых заболеваний голеностопных, коленных, тазобедренных и межпозвоночных суставов, которые в результате быстро изнашиваются.

В результате: 1) продольное и поперечное плоскостопие; 2) натоптыши, мозоли;

3) боли под основанием пальцев; 4) врастание ногтя в кожу, растрескивание ногтей и расселение грибков; 5) молоткообразные, кручкообразные пальцы и палец-«колотушка»; 6) болезненные костные наросты на пальцах стопы; 7) боли и онемение в пальцах ног;

8) тяжесть в ногах; 9) нарушение кровообращения; 10) головная боль; 11) снижение активной деятельности мозга, принятия решений и концентрации внимания; 12) отечность ног; 13) воспаление и закупорка вен; 14) воспаление и деформация суставов пальцев ног, а также коленных, тазобедренных и позвоночных; 15) боль и воспаление в области пятки, из-за деформации   ахиллова сухожилия; 16) варикозное расширение вен

2.  Изменение положения центра тяжести.

Стоя босиком человек, если провести через него вертикальную линию, образует перпендикуляр, угол 90°. На 5-ти сантиметровых каблуках тело наклоняется и угол уменьшается до 70°, а на 8-ми сантиметровых до 55°. Так же у босой женщины  смещение таза составляет 25°, на 2,5 сантиметровых каблуках он возрастает до 30°, на 5-ти сантиметровых до 45°, на 8 сантиметровых до 60°. (Приложение 6). Таким образом, телу, чтобы восстановить и сохранить вертикальное положение, нужно произвести ряд изменений в работе суставов. Центр тяжести смещается вперед, спина для сохранения равновесия уходит назад, увеличивается поясничный изгиб, а это ведет к искривлению и усилению давления на позвоночник  и возможному смещению внутренних органов. Нагрузка на нижние поясничные отделы увеличивается в разы при такой позиции таза. Эффект - будут сокращаться икроножные мышцы, а также нарушается циркуляция крови в бедре. Увеличивается напряжение мышц ног, таза и поясничного отдела позвоночника 

В результате:   1) боли в икроножных мышцах при снятии каблуков;

2) нарушается механики ходьбы; 3) боли в пояснице и мышцах спины; 4) ограничение подвижности суставов; 5) постепенное утоньшение и разрушение межпозвонковых дисков; 6) воспалительные процессы пищеварительной системы, органов малого таза и позвонка; 7) нарушениям осанки, сколиоз; 8) боли коленных и тазобедренных суставов.

3. Опасность получения травмы.

Когда мы ходим на высоких каблуках, то рискуем подвернуть ногу и получить травму. Наиболее распространенный случай – боковое растяжение связок (Приложение 7). Объяснение здесь достаточно простое: площадь опоры обуви туфли с высоким каблуком значительно меньше, чем с низким, из-за этого при ходьбе труднее сохранять равновесие, ведь, согласно законам физики, предмет не опрокидывается только тогда, когда отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри основания. Стоящий человек не падает только до тех пор, пока отвесная линия из центра тяжести находится внутри площадки, ограниченной краями его ступней. Поэтому так трудно стоять на одной ноге или высоких каблуках.

В результате: 1) не синяк, а перелом; 2) растяжение, вывих и даже разрыв связок лодыжки.

4. Опасность для будущих мам.

Если указанные выше проблемы грозят жертвам красоты в долгосрочной перспективе, то для будущих мам последствия хождения на высоких каблуках могут проявиться значительно быстрее. Ведь идет постоянное напряжение мышц, повышенная нагрузка на и без того страдающий позвоночник, нарушается столько важное в это время кровоснабжение органов таза. Также из-за того, что женщина все время балансирует, чтобы не упасть, в постоянном напряжении находятся икроножные, бедренные и тазовые мышцы, что может стать причиной судорог в ногах.

Мы надеваем обувь на стопу, а основная функция стопы – амортизировать вес тела при передвижении по различным поверхностям. Благодаря своему устройству, при движении стопа гасит излишние нагрузки и силы, а если в силу каких-то причин – ее деформации и т.п. - этого не происходит, то нагрузку на себя вынуждены принимать коленный и тазобедренный суставы, позвоночник и спина. Поскольку они для этого не предназначены, то довольно быстро изнашиваются, что приводит к большим проблемам с здоровьем.

Помните, что стопа - это орган опоры и движения!!! Берегите стопы!!!

Почему так сложно стоять на носочках?

Когда мы ходим на высоких каблуках, то получается, что мы все время находимся на носочках, при этом на нашу стопу действуют не маленькие силы. Давайте разберемся, почему стоять на пальцах стопы очень тяжело . Рассчитаем силу реакции опоры (пола), силу, действующую со стороны голени на сустав в лодыжке и усилие, развиваемое в ахилловом сухожилии, когда мы стоим «на носочках».  Расчеты проведем для женщины массой 75 кг. Нарисуем схему (Приложение 8).

Дано: m = 75 кг l1 = 0,12 м l2 = 0,18 м

Решение: F1 – сила, действующая со стороны голени на сустав в лодыжке;  l1 – расстояние от точки касания стопой пола до сустава; F2 – усилие, развиваемое в ахилловом сухожилии - это прочный шнур из соединительной ткани, является продолжением икроножной мышцы и прикрепляется к пяточной кости; l2 – расстояние от точки касания пола до места крепления ахиллова сухожилия; F3 – сила реакции опоры (пола), равная по модулю весу человека, т.е. F3 = P = mg = 75 кг · 10 Н/кг = 750 Н Запишем условие равновесия рычага (правило моментов): – F2l2 + F1l1 = 0 (Мi = 0). Условие неподвижности тела в вертикальном направлении: F1 – F2 – F3 = 0 (Fi = 0). Решаем систему уравнений:    F1l1 –  F2l2 = 0;                                        ⇨     F2l2 = (F2 + F3) l1    ⇨    F2 · 0,18 м  = (F2 + 750 Н) · 0,12 м;      F1 = F2 + F3;                                   F2 · 0,18 м  - F2 ·  0,12 м  = 90  Н · м;     F2 · 0,06 м  = 90  Н · м; F2 = 1500 Н .      F1 = 1500 Н + 750 Н = 2250 Н. Ответ:   F3 = 750 Н,    F2 =  1500 Н   и   F1 = 2250 Н. Из результата легко понять, почему стоять на пальцах стопы очень тяжело.

F1 -? F2 -?F3 -?

1.      Зависимость давления на стопу от наличия каблука.

Мы установила зависимость давления на стопу от наличия каблука. Мы рассчитали давление, которое оказывает женщина массой 70 кг на твердую опору одной и двумя стопами в обуви на высокой шпильке (высотой 10см), на высоком толстом каблуке (высотой 10см) и на низком широком каблуке (высотой 2 см) (Приложение 9).

Давление рассчитывала следующим образом:

      нашла площадь поверхности, на которую оказывается давление одной стопой по формуле: S₁ = (В + С/2) · S_к.

      Для этого с помощью карандаша обвели края подметки и каблука; посчитала число полных (В) и неполных клеток (С) и определила площадь одной клетки (S_к);

      для определения давление, оказываемое на твердую опору одной стопой, использовала формулу: где – давление, m –масса, g – константа, равная 9,8 Н/кг, S₁ – площадь поверхности на которую оказывается давление.

      давление, оказываемое на твердую опору двумя стопами - .

В результате исследования увидели, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору. А также что давление,  оказываемое на стопу в обуви на высокой шпильке высотой 10 см, почти в два раза превышает давление, оказываемое на стопу в обуви на маленьком каблуке высотой 2 см и сравнимо с давлением, которое оказывает гусеничный трактор на почву . По расчетам ученых при ходьбе это давление еще увеличивается более чем в два раза!!!

Потом мы представили что будет, если женщина массой 70 кг случайно наступит кому- нибудь на ногу своим каблучком  или своей шпилькой. Площадь на которую при этом опирается женщина, будет равна для каблучка S_к = 4 см² = 0,0004 м² и для шпильки

S_ш = 1 см² = 0,0001 м². В результате измерений мы пришли к выводу, что давление, оказываемое одной шпилькой приблизительно равно давлению, которое оказывают 137 гусеничных тракторов, а давление каблука оказалось в 4 раза меньше давления шпильки на горизонтальную поверхность. Так что берегите свои ноги от чужих каблуков.

Определение идеальной высоты каблука.

Все кости человека выдержаны в пропорции «золотого сечения». Пропорции различных частей нашего тела составляют число, очень близкое у «золотому сечению». Если эти пропорции совпадают с формулой «золотого сечения», то внешность или тело человека считается идеально сложенными. Деление тела точкой пупа - один из основных показателей «золотого сечения», т.е. талия, делит совершенное человеческое тело в пропорции «золотого сечения».  Коэффициент идеального соотношения между ростом и длиной ног для мужчин он составляет k = 1,625, а для женщин k = 1,61. Известно, что пропорции мужчин ближе к «золотому сечению», чем пропорции у женщин . Однако женщина в обуви на каблуках может оказаться ближе к «Золотым пропорциям».

1).  Вычислим  идеальную и самую эстетически гармоничную высоту каблука для нескольких испытуемых согласно теории пропорциональности по следующей формуле:

                                                                  , где

L -  Ваш рост (в см);

d -  длина ног, измеряемая от линии талии до пола (в см);

k - коэффициент идеального соотношения между ростом и длиной ног ( k = 1,61).

2). Вычислим самую физиологическую высоту каблука с точки зрения ортопедии по формуле:

 , где    l – длина стопы (в см).

Согласно ортопедам, найденное значение высоты каблука по этой формуле, помогают ступням при ходьбе и оберегают их от усталости [16].

Результаты  предоставлены  в виде таблиц (Приложение 10).

В результате  исследования  убедилась что женщины, у которых значение пропорции ближе к «золотому сечению» в каблуках не нуждаются.  Ну а у тех, у кого наблюдались маленькие отклонения от идеальной пропорции, могут решить свою проблему с помощью каблуков. Знак минус означает, чтобы добиться золотой пропорции надо увеличить не нижнюю часть тела, с помощью каблуков, а верхнюю. Например, с помощью высокой прически или шляпы.

ПРАВИЛА, КОТОРЫЕ ПОМОГУТ СОХРАНИТЬ НАШЕ ЗДОРОВЬЕ.

По результатам анкетирования было видно, что большая часть опрошенных учениц  нашей школы отдают предпочтение обуви без каблуков (балеткам, кедам и кроссовкам). Многие уверены, что плоская подошва не наносит большого вреда, как высокие каблуки. Но это не так.

Кеды.  Недостаток: плоская подошва не способна амортизировать удар пятки о поверхность земли, из-за чего каждый раз при ходьбе ваш скелет получает микротравмы. Вес тела распределяется по стопе неправильно, что ведёт к болям и деформации. Быстрое изнашивание коленных и бедренных суставов. Далее проблемы идут по восходящей в мышцы поясницы и позвоночник.

Угги. Недостаток включает все, что было сказано выше плюс, подошва такой обуви из довольно непрочных материалов, быстро деформируется под контур стопы, растягиваются,  а пятка стаптывается и съезжает вниз. В результате плоскостопие и хронические боли в ногах.

Кроссовки. Недостаток: при длительном  ношении, нарушается температурно-влажностный режим, что вызывает расслабление мышц стопы и голени и снижение свода стопы.

Домашние тапочки. Недостаток: нет фиксации пяточной кости и стопы.

Платформа или танкетка. Недостаток: жесткая подошва, снижаются рессорные функции стопы. А все это может привести к болям в суставах.

«Вьетнамки». Недостаток: стопа практически не защищена, крепятся к ноге только продетыми между пальцев ремешками, стопа не поддерживается и постоянно отходит от подошвы вьетнамок, стопа напрягается. В результате боли в пятке, в области подъема, а также в коленях и в спине. 

Балетки. Недостаток: плоская и очень тонкая подошва балеток; часто не имеют ни шнурка, ни резинки;  держатся не на всей ноге, а только на пальчиках; не защищают ногу от ударов и нагрузки; при каждом шаге мы получаем ушиб пяточной части ступни. Пальцы ног приходится напрягать и поджимать чуть ли не при каждом шаге. Результат — деформация пальцев и суставов; костные мозоли; боли в коленях; скрюченные пальцы.

Поэтому соблюдайте некоторые правила, которые помогут вам сохранить здоровье.

1.      Обувь обязана быть комфортной и легкой, соответствовать форме и размеру стопы.

2. Обувь должна быть изготовлена из натуральных материалов.

3.      Подошва обуви должна быть достаточно гибкой, но не слишком мягкой.

4.      В туфлях обязательно должны быть хорошие стельки и супинаторы.

5.      Каблук не слишком высокий 2 - 3 см.

6.      Высокие каблуки можно носить не больше 2-3 часов пару раз в неделю.

7.      Чередуйте вид обуви.

8.      Используйте  обувь по назначению: спортивные  - для занятий спортом; домашние - для отдыха дома; сандалии, сабо, мокасины - для загородного отдыха. Стильную, выходную обувь следует использовать для посещения театра, презентаций, банкетов.

9.      Конструкция обуви должна обеспечивать достаточный уровень воздухообмена.

10.  Фиксированный задник для обеспечения прочной фиксации пяточной кости также обязателен.

11.  Давайте своим ногам отдохнуть от высоких каблуков - ходите босиком, делайте массаж, используйте специальный крем для ног.

12. Каблуки не рекомендуется носить женщинам в положении.

13.  Каблук не нужно носить девочкам-подросткам, которые находятся в стадии активного роста.

14.  Высокий каблук не стоит носить женщинам, у которых есть предрасположенность к варикозному расширению вен, артриту и другим заболеваниям ног. А также тем, у кого работа связана с длительным стоянием на ногах.

15.  Каблуки не желательно носить женщине имеющей более 12 кг лишнего веса

[17, 18, 19].

Физика может сделать вывод  -  чем тоньше и изящнее высокий каблук, чем менее устойчива опора, тем более опасной становится обувь.  

В общем, обувь на высоком каблуке – это, конечно же, очень красиво, но если вы желаете как можно дольше сохранить свое здоровье, не стоит ей злоупотреблять. Обувайте такую обувь по торжественным случаям пару раз в месяц, а для ежедневного ношения используйте удобные и простые модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате, проделанной работы, мы  пришли к следующим выводам:

1. Уже в XVII веке врачи выступали против высоких каблуков – за то, что они деформируют ноги и наносят вред здоровью. Это происходит и в наши дни.

2. Большая часть опрошенных учениц  нашей школы отдают предпочтение обуви без каблуков (балеткам, кедам и кроссовкам), но этот вид обуви оказался не так уж и безвредным для здоровья.

3. Многие из тех, кто принимал участие в исследовании, осознавали, что обувь на высоких каблуках неудобна и даже травмоопасна, но отдавая дань моде, все-таки носят именно такую обувь, тем самым заведомо вредят своему здоровью.

4. Мы выяснили, что большинство учащихся и преподаватели предпочитают каблук высотой 6 - 10 см, что с медицинской точки зрения является очень вредным не только для здоровья подростка, но и взрослой женщины.

5. Большая часть учениц начала носить обувь на каблуках в возрасте 12 – 13 лет ,  что, по мнению врачей-ортопедов очень опасно, так как скелет девушки окончательно формируется только к 17-18 годам. Преподаватели (40%) – с 18 – 22 годов что, по мнению врачей вполне допустимо.

6. Вред высоких каблуков с точки зрение физики объясняется избыточной перегрузкой передней части стопы, потерей рессорной функции стопы, неправильным распределением веса тела,   изменением положения центра тяжести тела и уменьшением площади опоры.

4. Вычислив силы, которые действуют на стопу, когда  она приподнимается на носочки можно понять, почему ходить на высоких каблуках очень тяжело.

5.  В ходе проведения исследования обнаружили очень тесную взаимосвязь влияния физических величин на здоровье человека и подтвердили свою гипотезу.

6. Каждый может рассчитать сам свою высоту каблука. У кого значение пропорции ближе к «золотому сечению» в каблуках не нуждаются.  Ну а у тех, у кого наблюдались маленькие отклонения от пропорции, могут решить свою проблему с помощью каблуков, прически или шляпы. Но физика рекомендует высоту каблука равную 2 сантиметрам.

7. Чтобы не нанести вред своему здоровью необходимо соблюдать  правила.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.      Кривцов А.Г. Старинные народные и современные методы лечения остеохондроза (рекомендации больным и здоровым)/редактор Л.Н. Черкасова - Ростов н/Д: Ростовского университета, 1990.

2.      Жанна Пятирикова. История высокого каблука: из Древнего Египта в XXI век - Происхождение слова «каблук»//www.beautynet.ru

3.      Марьяна Скуратовская, историк моды. Под каблучком//www.skuratovska.wordpress.com

4.      Ольга Дмитриева. Из истории каблука//polunochnica.ru

5.      Капанджи А.И.. Чудо прямохождения"// www.bone-surgery.ru

6.      Сапин М. Р. Анатомия человека. В двух томах. Том1. Элементы статики и динамики тела человека//www.skeletos.zharko.ru

7.      Маркс B.O. Ортопедическая диагностика // www.medchitalka.ru

8.      Коуплэнд Гленн. Все о здоровье ваших ног //www.fermer1.ru

9.      Угнивенко В. И. Осанка. Воспитание и коррекция осанки//www.pozvonochnik.org

10.  Перевод: Дмитрий Барышников Обувь на высоком каблуке вредна для тела//www.ashtanga.su

11.  Аdmin. Обувь на высоком каблуке//investyar.ruхорошее что я скопир.

12.  Марина Макарова  Высокие каблуки: за и против//www.takzdorovo.ru

13.  Морозова С. М., Хромова О. Б. Соединение костей. Сустав как рычаг// www. fiz.1september.ru   

14.  Перышкин А.В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. Учреждений/9-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2005.

15.  Виктор Лаврус. Золотое сечение// www.n-t.ru

16.  Елена Китенкова. Высота идеального каблука по формуле//www.ladyinciti.ru

17.  Ольга Столярова. Как обувь влияет на здоровье человека//www.allwomens.ru

18.  Елена Малышева: Наша тема сегодня – высокий каблук.//www.s-malyshevoy.ru

19.  Васильева Л. В. Задачи исследования. Метод тестирования для выявления плоскостопия. Сбор предварительной информации// www. zrenielib.ru

Приложение 1.

ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КАБЛУКОВ.

Котурны – обувь на платформе, которую использовали римские и греческие актеры театра (200 лет до н. э.). Позже моду на эту обувь переняли в Японии и Китае.
Цокколи. Модель. Обувь на высокой платформе – «цокколи», т.е. «копытца» (20-30 сантиметров). XV век.
Обувь на высокой  платформе - “chopines”  (от 14 до 70 сантиметров). XVI век.
Приложение 1 (продолжение). ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ КАБЛУКОВ.
Современный каблук придумали мужчины для удобной езды верхом.
Обувь французского короля Людовика XV.		Обувь Маркизы де Помпадур.
			Дамская обувь наполеоновской эпохи.
Итальянский дизайнер Сальваторе Феррагамо.	Металлический стержень-стилет.

Приложение 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ АНКЕТИРОВАНИЯ.

Вопросы анкеты.

.

Своды стопы.			Точки опоры стопы с поверхностью.
Перегородки костей стопы расположены под прямым углом друг к другу.			При пяточной стопе вся нагрузка падает на задний отдел стопы.
При опоре на необутую стопу большая часть нагрузки падает тоже на задний отдел.				Эластичные сухожилие, соединяющее  переднюю и заднюю часть стопы.
Приложение 4 (продолжение). ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
Человеческое тело стоящее ровно на двух ногах босиком, представляет собой сооружение выдающейся нестабильности.					Человеческое тело, остается стабильным, когда вертикальная ось, проходящая через его центр тяжести, попадает в опорное основание, в виде зеленого прямоугольника, в который вписаны отпечатки стоп.
	Такое расположение центра тяжести имеет огромное значение у женщин, поскольку именно в области таза вокруг этой точки происходит развитие плода, и, возможно, это оберегает его от различных потрясений.	Простая двухсегментная модель: стопа – тело.
		Тело стоит тем прочнее, чем шире площадь опоры.

Приложение 5.

ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НАХОДЯЩАЯСЯ НА КАБЛУКАХ.

Избыточное напряжение на переднюю часть стопы.

В обуви распределение нагрузки, т.е. вес тела, между передним и задним отделами стопы,  в обуви с каблуком высотой в 2 сантиметра  и 10 сантиметров.
Стопа превращается в гору, когда вся нагрузка стремится вниз.		Высокие каблуки делают ноги длиннее, при этом пятка находится все время вверху, тем самым оказывается давление на переднюю часть стопы. При хождении нагрузка увеличивается. Давление, оказываемое на стопу при хождении.
Приложение 6 ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НАХОДЯЩАЯСЯ НА КАБЛУКАХ. Изменение положения центра тяжести.
	Стоя босиком человек, если провести через него вертикальную линию, образует перпендикуляр, угол 90°. На 5-ти сантиметровых каблуках тело наклоняется и угол уменьшается до 70°, а на 8-ми см. до 55°
У босой женщины  смещение таза составляет 25°, на 2,5 см. каблуках он возрастает до 30°, на 5-ти сантиметров до 45°, на 8сантиметров до 60°.

Приложение 7. ДИНАМИКА И СТАТИКА СТОПЫ НАХОДЯЩАЯСЯ НА КАБЛУКАХ. Опасность получения травмы.

Смещение веса тела на внешнюю сторону стопы может привести к растяжению, вывиху и даже разрыву связок лодыжки.

Приложение 8.

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.      Почему так сложно стоять на носочках?

F₁ – сила, действующая со стороны голени на сустав в лодыжке;

 l₁ – расстояние от точки касания стопой пола до сустава;

F₂ – усилие, развиваемое в ахилловом сухожилии - это прочный шнур из соединительной ткани, является продолжением икроножной мышцы и прикрепляется к пяточной кости;

l₂ – расстояние от точки касания пола до места крепления ахиллова сухожилия;

F₃ – сила реакции опоры (пола).

Приложение 9.

2.      Зависимость давления на стопу от наличия каблука.

Дано: Шпилька – 10 см m = 70 кг S1 = 0,0073 м2 g = 9,8  Н/кг	Решение:   - давление, оказываемое на твердую опору одной стопой,  – давление, оказываемое на твердую опору двумя стопами.  ≈ 94000 Па ≈ 94 кПа  = 47000Па = 47 кПа Ответ:  ≈ 94 кПа и    = 47 кПа. Для сравнения: давление, которое оказывает гусеничный ДТ-75М массой 6610кг имеющий опорную площадь обеих гусениц 1,4 м2 на почву равно  ..
р1 – ? р2 -?

Дано: Толстый каблук – 10 см m = 70 кг S1 = 0,0099 м2 g = 9,8  Н/кг	Решение:   - давление, оказываемое на твердую опору одной стопой,  – давление, оказываемое на твердую опору двумя стопами.  ≈ 70000 Па ≈ 70 кПа  = 35000 Па = 35 кПа Ответ:  ≈ 70 кПа  и   = 35 кПа.
р1 – ?   р2 -?

Приложение 9 (продолжение).

2.      Зависимость давления на стопу от наличия каблука.

Дано: Широкий каблук – 2 см m = 70 кг S1 = 0,0123 м2 g = 9,8  Н/кг	Решение:   - давление, оказываемое на твердую опору одной стопой,  – давление, оказываемое на твердую опору двумя стопами.  ≈ 56 000 Па ≈ 56 кПа  = 28000Па = 28 кПа Ответ:  ≈ 56 кПа  и   = 28 кПа.
р1 – ?   р2 -?

Обобщение вычислений.

Испытуемый	Шпилька (высота 10 см)		Толстый каблук (высота 10 см)		Широкий каблук (высота 2 см)
Женщина Масса - 70 кг,  размер ноги - 39,5
	94 кПа	47 кПа	70 кПа	35 кПа	56 кПа	28 кПа

Дано: m = 70 кг Sш = 0,0001 м2 Sк = 0,0004 м2 g = 9,8  Н/кг	Решение:   - давление, оказываемое на опору одной шпилькой,   - давление, оказываемое на опору одним каблуком,  ≈ 6860000 Па ≈ 6,86 МПа  ≈ 1715000 Па ≈ 1,72 МПа Ответ:  ≈ 6,86 МПа    и     ≈ 1,72 МПа
рш – ?   рк – ?

Приложение 10.

3.      Определение идеальной высоты каблука.

Идеальная высота каблука по теории «золотого сечения».

 Таблица 1.

№	L -  рост ,  см	d -  длина ног, измеряемая от линии талии до пола,  см	Идеальная высота каблука
1	182	107
2	175	85
3	164	103
4	153	80
5	167	87
6	158	91
7	161	75

Физиологическая высота каблука с точки зрения ортопедии.

Таблица 2.

№	l – длина стопы, см	см
1	26	3,7
2	25,5	3,6
3	25	3,6
4	24,5	3,5
5	24	3,4
6	23,5	3,4
7	23	3,3