Научная работа по физике Влияние механической работы на организм школьника

Введение

Актуальность темы.

За последние 3 года, по данным диспансеризации учащихся общеобразовательных школ, практически в 2 раза вырос процент заболеваний, как гипертония, ишемическая болезнь, которые могут привести к более серьезным болезням и даже к инвалидности.

В последнее время участились случаи переутомления школьников при увеличении физической и умственной нагрузки на их организм.

Объект исследования - учащиеся начальной школы и среднего звена в течение учебного дня.

Предмет исследования - механическая работа, совершаемая школьниками в течение учебного дня.

Цель - изучить влияние механической работы на переутомление школьников во время учебного дня.

В соответствии с поставленной целью решались задачи:

• Выявить траектории движения учеников различных возрастных категорий во время учебного дня.

• Рассчитать пути их движения.

• Вычислить механическую работу, производимую учениками различных классов.

• Дать практические рекомендации для уменьшения механической работы.

Государство заботиться о сохранении здоровья нации, но невозможно сохранить здоровье нации без просветительской работы среди «подростков». Ученики должны знать, как лучше распределить порядок своего учебного дня во избежание переутомления.

Специалисты бьют тревогу: все больше школьников и студентов страдают от сильных головных болей и перепадов давления. Начало всего этого - переутомление. Проблема чрезмерного утомления у подростков волнует не только школьников и их родителей, но и многих медиков.

Переутомление - это крайняя степень утомления, при которой самопроизвольное, физиологическое восстановление организма после нагрузки уже не происходит и необходимы специальные реабилитационные воздействия, программы, длительный отдых, а в некоторых случаях - лечебные процедуры, медикаментозная терапия.

Признаки переутомления:

1) резкое и длительное снижение умственной и физической работоспособности, снижение памяти и внимания;

2) расстройства невротического характера (нарушение сна, чувство страха, плаксивость, раздражительность и т.п.);

3) снижение иммунитета.

Причины, вызывающие переутомление:

• перегруженность школьных учебных программ;

• переполненность классов учащимися (более двадцати человек), затрудняющая индивидуализацию учебно-воспитательного процесса;

• недостаток освещения (слабое, тусклое, неравномерное);

• физический дискомфорт от неудобного положения тела, который обычно возникает при несоответствии размера парты (стола и стула) росту и комплекции учащегося и при авторитарной тактике учителя, когда дети «боятся пошевелиться»;

• длительное выполнение учащимися однообразной и напряженной работы (например, при проведении контрольной работы на спаренных уроках).

• невозможность рассчитать индивидуальную нагрузку для каждого учащегося с учетом его способностей, возможностей, состояния здоровья;

• обучение во вторую смену, что особенно часто вызывает состояние переутомления.

I . Что такое работа?

1. Если на тело действует сила и оно перемещается в направлении действия силы, то сила совершает механическую работу A, равную произведению модуля силы и модуля перемещения:

A = Fs

Единица работы в СИ - джоуль (1 Дж).

[A] = [F][s] = 1 H•1 м = 1 Н•м = 1 Дж.

За единицу работы принимают такую работу, которую совершает сила 1 Н на пути 1 м.

Из формулы следует, что механическая работа не совершается, если сила равна нулю (тело покоится или движется равномерно и прямолинейно) или перемещение равно нулю.

Предположим, что вектор силы, действующей на тело, составляет некоторый угол a с вектором перемещения. Так как в вертикальном направлении тело не перемещается, то проекция силы F_y на ось Y работу не совершает, а проекция силы F_x на ось X совершает работу, которая равна A = F_xs_x.

Поскольку F_x = Fcos a, а s_x = s, то таким образом,

2. Проанализируем полученную формулу работы.

Если угол a = 0°, то cos 0° = 1 и A = Fs. Совершенная работа положительна и ее значение максимально, если направление силы совпадает с направлением перемещения.

Если угол a = 90°, то cos 90° = 0 и A = 0. Сила не совершает работу, если она перпендикулярна направлению перемещения тела. Так, работа силы тяжести равна нулю при движении тела по горизонтальной плоскости. Нулю равна работа силы, сообщающей телу центростремительное ускорение при его равномерном движении по окружности, так как эта сила в любой точке траектории перпендикулярна направлению движения тела.

Если угол a = 180°, то cos 180° = -1 и A = -Fs. Данный случай имеет место тогда, когда сила и перемещение направлены в противоположные стороны. Соответственно совершенная работа отрицательна и ее значение максимально. Отрицательную работу совершает, например, сила трения скольжения, поскольку она направлена в сторону, противоположную направлению перемещения тела.

Если угол a между векторами силы и перемещения острый, то работа положительна; если угол a тупой, то работа отрицательна.

3. Получим формулу для расчета работы силы тяжести. Пусть тело массой m свободно падает на землю из точки A, находящейся на высоте h относительно поверхности Земли, и через некоторое время оказывается в точке B. Работа силы тяжести при этом равна

A = Fs = mgh.

В данном случае направление движения тела совпадает с направлением действу.щей на него силы, поэтому работа силы тяжести при свободном падении положительна.

Если тело движется вертикально вверх из точки B в точку A, то его перемещение направлено в сторону, противоположную силе тяжести, и работа силы тяжести отрицательна:

A = -mgh

Работа - скалярная физическая величина, равная произведению действующей силы тяжести на путь и на косинус угла α.

Чтобы найти работу надо действующую силу тяжести умножить на пройденный путь и на сosα.

A = F· S ·сosα

Способы уменьшения работы: уменьшить силу, действующую на тело, либо уменьшить пройденный им путь.

II. Расчет механической работы школьников.

Описание опыта:

• Были взвешены ученики двух возрастных групп: начальной школы, средних классов.

• Рассчитан вес учеников и вычислена действующая на них сила тяжести по формуле F = m · g.

• Был вычислен путь S и найдена работа

• Результаты измерений и расчетов представлены в таблицах

Таблица №1. Сила тяжести, действующая на испытуемых.

1-4 классы

5-9 классы

Масса

28 кг

48 кг

Действующая сила тяжести

274 Н

470 Н

Траектории движения учеников :

• Путь, совершаемый за одну обычную перемену по территории школы.

• Длина пути до школьной столовой

• Длина школьных лестниц.

• Путь, совершаемый на уроках физкультуры.

  1. Путь до школьной столовой - 15м.

  2. Длина 1ого школьного этажа - 45м.

  3. Длина спортивного зала - 24м.

Механическая работа, совершаемая при подъеме по лестницам

Механическая работа, совершаемая при подъеме по лестницам равна произведению высоты одной ступеньки на общее количество ступенек и на действующую силу тяжести.

1. Высота одной ступеньки - 18см = 0.18м.

2. Общее количество ступенек - 20шт.

3. Механическая работа, совершаемая при подъеме по лестнице, равна А= 3,6 · F

Начальные классы (1-4)

Ученики начальной школы в среднем имеют 4 урока в день, то есть 3 перемены, в течение каждой из которых они совершают путь по всему 1ому этажу школы.

Все ученики начальной школы посещают столовую 2 раза в день - для завтрака и обеда.

Младшие классы имеют 2 урока физкультуры в неделю. За один урок совершается один подъем по лестнице и четырехкратное пересечение длины спортивного зала.

Таблица №2. Механическая работа, совершаемая учениками начальной школы.

Перемены

Столовая

Физическая культура

Общая сумма

Путь

135 м.

30 м.

106 м.

271 м.

Работа

37 кДж

82 кДж

301 кДж

420 кДж

*Для подсчета механической работы у каждой возрастной категории был взят учебный день, включающий в себя урок физкультуры.

Средние классы (5-9)

Ученики средних классов имеют 6 уроков в день и 5 перемен, в течение каждой из которых они пересекают всю школу вдоль, курсируют между кабинетами и совершают 2 подъема по лестнице.

Ученики среднего звена посещают школьную столовую один раз в день - для обеда.

Уроки физкультуры у средних классов проходят 2 раза в неделю, на каждом уроке ученики семикратно пересекают длину спортивного зала.

Таблица №3. Механическая работа, совершаемая учениками средних классов.

Перемены

Столовая

Физическая культура

Общая сумма

Путь

625 м.

15 м.

168 м.

708 м.

Работа

3107 кДж

70 кДж

790 кДж

3967 кДж

Таблица №4. Отношения механических работ, совершаемых учениками разных возрастных групп:

1-4 классы

5-9 классы

Путь

271 м.

708 м.

Механическая работа

420 кДж

3967 кДж

Заключение.

В результате полученных данных можно сделать вывод, что наибольшую механическую работу совершают ученики средних классов, среди них же больше человек, страдающих гипертонией.

Мой вывод подтверждается школьной медсестрой. Среди обратившихся к ней учеников большая часть принадлежит к средним классам.

Проведя исследования, я пришел к выводу, что во избежание переутомления школьников необходимо:

• Учитывать расположение кабинетов при составлении расписания.

• Обращать повышенное внимание на урок физкультуры - необходимо, чтобы физическая нагрузка чередовалась с умственной, но не шла непосредственно после или перед ней.

• Проводить больше физкультминуток в начальных классах.

• Наблюдать за соответствием размеров парт с ростом и комплекцией учеников.

• По возможности уменьшить «перенаселение» классов (больше 25и человек на класс)

Рекомендации:

• Постоянная двигательная активность, включающая прогулки, занятия физическими упражнениями, спортом

• Отказ от таких вредных привычек, как неправильное положение тела во время сидения (за партой, рабочим столом);

• Наиболее оптимальное распределение работы и отдыха в течение дня.

Литература и источники:

1. «Элементарный учебник физики». - М.: Наука под ред. Академика Г.С. Ландсберга 1971г.

2. Перельман Я.И. «Занимательная физика». - М.: Просвещение 1999 г.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. «Курс общей физики». - М.: Просвещение, 1987.

4. Трофимова Т.И. Краткий курс физики. - М.: Высшая школа, 1990.