Навіщо необхідно вимірювання в науці. Предмет фізики. Чому вивчення фізики так важливо для людства? Старовинні російські міри
План-конспект уроку на тему « »
Дата :
Тема: « Науково-практична конференція «Навіщо потрібні в науці вимірювання?»
цілі:
освітня : формування умінь узагальнювати і систематизувати навчальний матеріал по чолі «Фізичні методи пізнання природи»;
розвиваюча : розвиток умінь пояснювати теплове розширення тіл;
Виховна : прищеплювати культуру розумової праці, акуратність, вчити бачити практичну користь знань, продовжити формування комунікативних умінь, виховувати уважність, спостережливість.
Тип уроку: узагальнення і систематизація знань
Устаткування і джерела інформації:
Ісаченкова, Л. А. Фізика: навч. для 7 кл. установ заг. середовищ. освіти з рос. яз. навчання / Л. А. Ісаченкова, Г. В. Пальчик, А. А. Сокальський; під ред. А. А. Сокольського. Мінськ: Народна асвета 2017.
Структура уроку:
Організаційний момент (2 хв)
Актуалізація опорних знань (5 хв)
Закріплення знань (33 хв)
Підсумки уроку (5 хв)
зміст уроку
організаційний момент
Сьогодні ми проводимо урок у формі науково-практичної конференції. Як ви думаєте, чим буде відрізнятися сьогоднішній урок від традиційних?
Результатом роботи нашої науково-практичної конференції буде обговорення наступних питань:
по-перше, старовинна система вимірювання;
по-друге, розібратися які існують вимірювальні прилади,
по-третє, історія виникнення термометра,
по-четверте, показати роль вимірювань в науці і життя людини.
Актуалізація опорних знань
Дайте відповідь на питання (фронтальне опитування):
Що називають тепловим розширенням тел?
Наведіть приклади теплового розширення (стиснення) твердих тіл, рідин, газів.
Чим відрізняється теплове розширення газів від теплового розширення твердих тіл і рідин?
закріплення знань
(Закріплення знань проведемо у формі круглого столу)
Шановні учасники конференції, і наші гості! Ми раді вітати вас в цьому класі! Через кілька хвилин ви зможете прослухати доповіді про«Ролі вимірювань в житті людини і науки».
Пропоную наступний план роботи:
Виступи доповідачів.
Думки опонентів.
Підведення підсумків конференції.
Якщо заперечень немає, то ми починаємо.
виступ учнів
Физкультминутка
А тепер надається слово опонентам.
У кожного опонента є оціночний лист (додаток 1)
підсумки уроку
(Заключне слово або підведення підсумків проведеної конференції)
Ми не будемо зупинятися на досягнутому, і продовжимо цю роботу. Ваша думка я прошу висловити в виданих вам картах оцінки учнів, щоб врахувати його при підготовці наступної конференції.
Журі протягом конференції і по її закінченні заповнює карту оцінки виступаючих(Додаток 2). Оцінка проводитися по 10-ти бальною системою. Журі підводить підсумок, оголошує результати конференції.
рефлексія
Продовжіть фрази:
Сьогодні на уроці я дізнався ...
Було цікаво…
Знання, які я отримав на уроці, стануть в нагоді.
Додаток 1
оціночний лист
Назва проекту
ПІБ учня
Критерії оцінювання
підсумкова оцінка
Актуальність теми
Джерела інформації
Якість розробки ідеї
Оригінальність і творчий підхід
оформлення роботи
Захист проекту
Додаток 2
Карта оцінки виступаючих
Ф.І. учнялаконічність викладу основної думки (тривалість виступу не більше 5 хвилин), логічність і доказовість міркувань, їх зв'язаність з темою роботи
грамотне використання спеціальної термінології
вміння виділити і обгрунтувати мету і завдання роботи, а також головне і другорядне; демонструвати отримані результати аналізу і узагальнень, самостійність
рівень складності роботи, обсяг знань і умінь по базовій дисципліні
повнота і чіткість відповідей на питання з порушених в роботі і основоположним принципам фізики
Разом
Коли я пишу тексти за своїм столом, я можу протягнути руку вгору, щоб включити лампу, або вниз, щоб відкрити ящик столу і дістати ручку. Простягнувши руку вперед, я торкаюся невеликий і дивною на вигляд статуетки, яку мені на щастя подарувала сестра. Потягнувшись назад, я можу поплескати чорну кішку, що крадеться у мене за спиною. Справа лежать нотатки, зроблені під час досліджень для статті, зліва - купа речей, які необхідно зробити (рахунки і кореспонденція). Вгору, вниз, вперед, назад, вправо, вліво - я керую самим собою в моєму особистому космосі тривимірного простору. Невидимі осі цього світу накладає на мене прямокутна структура мого кабінету, що визначається, як і велика частина західної архітектури, трьома складеними разом прямими кутами.
Наші архітектура, освіта та словники повідомляють нам про тривимірності простору. Оксфордський словник англійської мови так простір: «безперервна область або простір, вільна, доступна або не зайняте нічим. Вимірювання висоти, глибини і ширини, в рамках яких існують і рухаються всі речі ». [ словник Ожегова схожим чином: «Протяжність, місце, необмежене видимими межами. Проміжок між чимось н., Місце, де що-н. вміщається. » / прим. перев.]. У XVIII столітті стверджував, що тривимірне евклідів простір є апріорної необхідністю, і нам, розбещеним зображеннями, створеними комп'ютером, і відеоіграми, постійно нагадують про це поданні у вигляді начебто аксіоматично прямокутної системи координат. В точки зору XXI століття це здається вже майже самоочевидним.
І все ж ідея про життя в просторі, описуваному якийсь математичною структурою - це радикальна інновація західної культури, що зробила необхідністю спростування старовинних вірувань з приводу природи реальності. Хоча зародження сучасної науки часто описують як перехід до механізованого опису природи, ймовірно, більш важливим його аспектом - і однозначно більш тривалим - був перехід до поняття про простір як про геометричній конструкції.
У минулому столітті завдання опису геометрії простору стала основним проектом теоретичної фізики, в якому експерти, починаючи з Альберта Ейнштейна, намагалися описати всі фундаментальні взаємодії природи у вигляді побічних продуктів форми самого простору. Хоча на локальному рівні нас привчили думати про простір як про тривимірному, загальна теорія відносності описує чотиривимірну Всесвіт, а теорія струн говорить про десяти вимірах - або про 11, якщо взяти за основу її розширений варіант, М-теорію. Існують варіанти цієї теорії з 26-ю вимірами, а недавно математики з ентузіазмом прийняли, що описує 24 вимірювання. Але що це за «вимірювання»? І що означає наявність десяти вимірів в просторі?
Щоб прийти до сучасного математичного розуміння простору, спочатку необхідно подумати про нього як про таку собі арені, яку може займати матерія. Щонайменше, простір необхідно уявити собі, як щось протяжне. Така ідея, нехай і очевидна для нас, здалася б єретичної, чиї концепції вистави фізичного світу переважали в західному мисленні в пізньої античності і в середньовіччі.
Строго кажучи, аристотелева фізика включала в себе не теорію простору, а лише концепцію місця. Розглянемо чашку чаю, що стоїть на столі. Для Аристотеля чашка була оточеної повітрям, самим по собі представляв якусь субстанцію. У його картині світу не було такої речі, як порожній простір - були тільки кордону між речовинами - чашкою і повітрям. Або столом. Для Аристотеля простір, якщо ви хочете його так називати, було лише нескінченно тонкої межею між чашкою і тим, що її оточує. Баз протяжності простір не було чимось таким, всередині чого може бути щось інше.
З математичної точки зору, «вимір» - це всього лише ще одна координатна вісь, ще одна ступінь свободи, що стає символічною концепцією, не обов'язково пов'язаної з матеріальним світом. У 1860-х піонер в області логіки Огастес де Морган, чиї роботи вплинули на Льюїса Керролла, підсумував цю що стає все більш абстрактною область, зазначивши, що математика - це чисто «наука про символи», і як така не зобов'язана зв'язуватися з чим-небудь , крім самої себе. Математика, в якомусь сенсі, це логіка, що вільно переміщається на полях уяви.
На відміну від математиків, вільно грають на полях ідей, фізики прив'язані до природи, і, по крайней мере, в принципі, залежать від матеріальних речей. Але всі ці ідеї приводять нас до звільняє можливості - адже якщо математика допускає кількість вимірювань більше трьох, і ми вважаємо, що математика виявляється корисною для опису світу, звідки нам знати, що фізичне простір обмежений трьома вимірами? Хоча Галілей, Ньютон і Кант брали довжину, ширину і висоту як аксіоми, чи не може в нашому світі існувати більше вимірів?
Знову-таки, ідея Всесвіту з кількістю вимірів більше трьох проникла в свідомість суспільства через художнє середовище, на цей раз - через літературні міркування, найбільш відомою з яких служить робота математика "" (1884). Це чарівна соціальна сатира розповідає історію скромного Квадрата, що живе на площині, до якого одного разу в гості приходить тривимірне істота лорд Сфера, що виводить його в чудовий світ тривимірних тел. У цьому раї обсягів Квадрат спостерігає за його тривимірної версією, Кубом, і починає мріяти про перехід у четвертий, п'яте і шосте вимір. Чому не гиперкуб? Хіба ви не гіпер-гіперкуб, думає він?
На жаль, в Флатландія Квадрата зараховують до лунатикам і замикають в божевільню. Однією з моралей історії, на відміну від більш сентиментальних її екранізацій і адаптацій, є небезпека, що таїться в ігноруванні соціальних підвалин. Квадрат, розповідаючи про інших вимірах простору, розповідає і про інші зміни буття - він стає математичним диваком.
В кінці XIX і початку XX століть маса авторів (Герберт Уеллс, математик і автор НФ-романів, який придумав слово «тессеракт» для позначення чотиривимірного куба), художників (Сальвадор Далі) і містиків ([ російська окультист, філософ, теософ, таролог, журналіст і письменник, математик за освітою / прим. перев.] Вивчала ідеї, пов'язані з четвертим виміром і тим, чим може стати для людини зустріч з ним.
Потім в 1905 році невідомий тоді фізик Альберт Ейнштейн опублікував роботу, що описує реальний світ як чотиривимірний. У його «спеціальної теорії відносності» час додавалося до трьох класичних вимірів простору. В математичному формалізмі відносності всі чотири виміри пов'язані разом - так в наш лексикон увійшов термін «простір-час». Таке об'єднання було довільним. Ейнштейн виявив, що використовуючи цей підхід, можна створити потужний математичний апарат, що перевершує фізику Ньютона і дозволяє йому передбачати поведінку електрично заряджених частинок. Електромагнетизм можна повністю і точно описати тільки в чотиривимірний моделі світу.
Відносність стала чимось набагато більшим, ніж просто ще однією літературною грою, особливо коли Ейнштейн розширив її від «спеціальної» до «загальної». Багатовимірний простір набуло глибинне фізичне значення.
У картині світу Ньютона матерія рухається через простір у часі під впливом природних сил, зокрема, гравітації. Простір, час, матерія і сили - різні категорії реальності. З СТО Ейнштейн демонстрував об'єднання простору і часу, зменшуючи кількість фундаментальних фізичних категорій з чотирьох до трьох: простору-часу, матерії і сил. ОТО робить наступний крок, вплітаючи гравітацію в структуру самого простору-часу. З чотиривимірний точки зору, гравітація - всього лише артефакт форми простору.
Щоб усвідомити цю примітну ситуацію, уявімо її двовимірний аналог. Уявіть собі батут, намальований на поверхні декартовой площині. Тепер розмістимо на решітці кулю для боулінгу. Навколо нього поверхню натягнеться і спотвориться так, що деякі точки віддаляться одна від одної сильніше. Ми спотворили внутрішню міру відстані в просторі, зробили її нерівною. ОТО каже, що саме такого спотворення важкі об'єкти, такі, як Сонце, піддають простір-час, і відхилення від декартового досконалості простору призводить до появи явища, яке ми відчуваємо, як гравітацію.
У фізиці Ньютона гравітація з'являється з нізвідки, а у Ейнштейна вона природним чином виникає з внутрішньої геометрії чотиривимірного різноманіття. Там, де різноманіття найбільшим чином розтягується, або відходить від декартової регулярності, гравітація відчувається сильніше. Це іноді називають «фізикою гумової плівки». У ній величезні космічні сили, які утримують планети на орбітах навколо зірок, а зірки на орбітах в рамках галактик, є нічим іншим, як побічним ефектом спотвореного простору. Гравітація - це буквально геометрія в дії.
Якщо перехід в чотиривимірний простір допомагає пояснити гравітацію, то буде яка-небудь наукове перевагу у пятимерного простору? «Чому б не спробувати?» - запитав в 1919 році молодий польський математик, розмірковуючи над тим, що якщо Ейнштейн включив гравітацію в простір-час, то, можливо, додатковий вимір може схожим чином звертатися з електромагнетизмом, як з артефактом геометрії простору-часу. Тому Калуца \u200b\u200bдодав додатковий вимір до рівнянь Ейнштейна, і, до свого захоплення, виявив, що в п'яти вимірах обидві ці сили прекрасно виявляються артефактами геометричній моделі.
Математика чарівним чином сходиться, але в даному випадку проблемою стало те, що додатковий вимір Ніяк не корелювало з яким-небудь певним фізичним властивістю. В ОТО четвертим виміром був час; в теорії Калуци воно не було чим-небудь, що можна побачити, відчути чи на що можна вказати: воно просто було в математиці. Навіть Ейнштейн розчарувався в такий ефемерною інновації. Що це? - питав він; де воно?
Існує безліч версій рівнянь теорії струн, що описують десятімерное простір, але в 1990-х математик з Інституту передових досліджень в Прінстоні (старого лігва Ейнштейна) показав, що все можна трохи спростити, якщо перейти до 11-мірної перспективі. Він назвав свою нову теорію «М-теорія», і загадково відмовився пояснити, що позначає буква «М». Зазвичай кажуть, що вона позначає «мембрану», але крім цього надходили і такі пропозиції, як «матриця», «майстер», «містична» і «монструозність».
Поки що у нас немає ніяких свідоцтв цих додаткових вимірів - ми все ще перебуваємо в стані плаваючих фізиків, які мріють про недоступних мініатюрних ландшафтах - але теорія струн мало дуже великий вплив на саму математику. Нещодавно розробки версії цієї теорії, має 24 вимірювання, показали наявність несподіваною взаємозв'язку між декількома основними відгалуженнями математики, що означає, що навіть якщо теорія струн не знадобиться в фізиці, вона стане корисним джерелом. У математиці 24-мірний простір особливе - там відбуваються чарівні речі, наприклад, можливо упакувати сфери особливо елегантним чином - хоча малоймовірно, що в реальному світі 24 вимірювання. Відносно світу, в якому ми живемо і який ми любимо, більшість фахівців з теорії струн вважають, що 10 або 11 вимірювань буде достатньо.
Уваги гідно ще одна подія теорії струн. У 1999 році (перша жінка, яка отримала посаду в Гарварді в галузі теоретичної фізики) і (американський фахівець з теоретичної фізики частинок індійського походження), що додає ще одного виміру може існувати на космологічної шкалою, на масштабах, описуваних теорією відносності. Згідно з їхньою теорією «бран» (брану - це скорочення від мембрани) - то, що ми називаємо нашого Всесвіту, може перебувати в набагато більшому пятимерном просторі, в чомусь схожому на сверхвселенной. У цьому сверхпространстве наш Всесвіт може бути однією з цілого ряду існуючих разом всесвітів, кожна з яких представляє собою чотиривимірний міхур на ширшій арені пятимерного простору.
Складно сказати, чи зможемо ми коли-небудь підтвердити теорію Рендалл і Сандрума. Однак між цією ідеєю і зорею сучасної астрономії вже проводять деякі аналогії. 500 років тому європейці вважали неможливим уявити собі інші фізичні «світи» крім нашого власного, однак зараз нам відомо, що Всесвіт заповнений мільярдами інших планет, що рухаються по орбітах навколо мільярдів інших зірок. Хто знає, може коли-небудь наші нащадки зможуть знайти докази існування мільярдів інших всесвітів, у кожної з яких є свої унікальні рівняння для простору-часу.
Проект розуміння геометричній структури простору - одне з характерних досягнень науки, але може вийти так, що фізики досягли кінця цього шляху. Виявляється, що Аристотель в якомусь сенсі був правий - у ідеї протяжного простору і правда є логічні проблеми. Незважаючи на всі надзвичайні успіхи теорії відносності, ми знаємо, що її опис простору не може бути підсумковим, оскільки воно відмовляє на квантовому рівні. За останні півстоліття фізики безуспішно намагалися об'єднати їх розуміння простору на космологічної масштабі з тим, що вони спостерігають на квантовому масштабі, і все більше здається, що такий синтез може зажадати радикально нової фізики.
Ейнштейн після розробки ОТО провів більшу частину життя, намагаючись «висловити всі закони природи з динаміки простору і часу, довівши фізику до чистої геометрії», як сказав недавно Робберт Дійкграаф, директор Інституту передових досліджень в Прінстоні. «Для Ейнштейна простір-час було природним фундаментом нескінченної ієрархії наукових об'єктів». Як і у Ньютона, картина світу Ейнштейна ставить простір на чільне існування, робить його ареною, на якій все відбувається. Але на крихітних масштабах, де переважають квантові властивості, закони фізики показують, що такого простору, до якого ми звикли, може і не бути.
Деякі фізики-теоретики починають висловлювати думку про те, що простір може бути ніяким виникають явищем, які прямують з чогось більш фундаментального, так, як температура виникає на макроскопічному масштабі в результаті руху молекул. Як говорить Дійкграаф: «Поточна точка зору вважає простір-час не крапкою відліку, а підсумковій фінішної рисою, природною структурою, що з'являється з складності квантової інформації».
Ведучий прихильник нових способів подання простору - космолог з Калтеха, недавно, що класичне простір - це не «фундаментальна частина архітектури реальності», і доводить, що ми невірно присвоюємо такий особливий статус його чотирьом, або 10, або 11 вимірювань. Якщо Дійкграаф наводить аналогію з температурою, то Керролл пропонує нам розглянути «вологість», явище, що виявляється тому, що безліч молекул води збираються разом. Окремі молекули води не є вологими, і властивість вологості з'являється тільки тоді, коли ви зберете безліч їх в одному місці. Точно так же, каже він, простір з'являється з найбільш фундаментальних речей на квантовому рівні.
Керролл пише, що з квантової точки зору Всесвіт «з'являється в математичному світі з кількістю вимірів порядку 10 10 100» - це десятка з Гугол нулів, або 10 000 і ще трильйон трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів нулів. Складно уявити таке неможливо величезна кількість, у порівнянні з яким кількість частинок у Всесвіті виявляється зовсім незначним. І все ж, кожне з них - окремий вимір в математичному просторі, що описується квантовими рівняннями; кожне - це нова «ступінь свободи», яка є в наявності у Всесвіті.
Навіть Декарт був би вражений тим, куди нас завели його міркування, і яка дивовижна складність ховалася в такому простому слові, як «вимір».
Хаматова Діляра
У дитинстві ми часто чуємо прислів'я, в яких використовуються старовинні слова. Наприклад: «Від горшка два вершка, а вже укажчик», «Сім п'ядей у \u200b\u200bчолі», «Кожен купець на свій аршин міряє», «Коса сажень в плечах», «Коломенська верста».
На уроках літератури ми вивчаємо класичні твори, в яких зустрічаються старовинні слова, а на уроках математики - різні одиниці виміру.
Напевно, кожного знайдуться вдома безмін, лінійка і сантиметрова стрічка. Вони потрібні для того, щоб вимірювати вагу і довжини. Є будинки та інші вимірювальні прилади. Це годинник, за якими дізнаються час, термометр, на який кожен кине погляд, виходячи на вулицю, лічильник електроенергії, за яким дізнаються, скільки треба за неї заплатити в кінці місяця і багато багато іншого.
Завантажити:
Попередній перегляд:
Вступ
Навіщо потрібні людині вимірювання?
У дитинстві ми часто чуємо прислів'я, в яких використовуються старовинні слова. наприклад:«Від горшка два вершка, а вже укажчик», «Сім п'ядей у \u200b\u200bчолі», «Кожен купець на свій аршин міряє», «Коса сажень в плечах», «Коломенська верста».
На уроках літератури ми вивчаємо класичні твори, в яких зустрічаються старовинні слова, а на уроках математики - різні одиниці виміру.
Напевно, кожного знайдуться вдома безмін, лінійка і сантиметрова стрічка. Вони потрібні для того, щоб вимірювати вагу і довжини. Є будинки та інші вимірювальні прилади. Це годинник, за якими дізнаються час, термометр, на який кожен кине погляд, виходячи на вулицю, лічильник електроенергії, за яким дізнаються, скільки треба за неї заплатити в кінці місяця і багато багато іншого.
Перші одиниці для вимірювання величин були не надто точні. Наприклад: відстані вимірювалися кроками. Звичайно, у різних людей величина кроку різна, але брали деяку середню величину. Для вимірювання великих відстаней крок був занадто дрібною одиницею.
Крок - відстань між п'ятами або шкарпетками крокуючого людини. Середня довжина кроку 71 см.
Слово «градус» - латинське, означає «крок», «ступінь». Вимірювання кутів в градусах з'явилося більше 3 тис. Років тому у Вавилоні. У розрахунках там використовувалася шістдесяткова система числення.
Старовинна російська система заходів склалася приблизно в 10 - 11 століттях. Її основні одиниці: верста, сажень, лікоть і п'ядь.
Найменша з них - це п'ядь. Слово це означає кисть руки (згадайте сучасне слово «зап'ясті»). Визначалася п'ядь як відстань між кінцями витягнутих великого і вказівного пальців, її значення приблизно дорівнює 18- 19 см.
Лікоть - більша одиниця, як і в більшості держав, це була одиниця, що дорівнює відстані від ліктьового згину до кінця витягнутого середнього пальця руки. Давньоруський лікоть дорівнював приблизно 46 - 47 см. Це була основна одиниця в торгівлі полотном, полотном та іншими тканинами.
У XVIII столітті заходи уточнювалися. Петро I указом встановив рівність трьохаршинною сажні семи англійським футам. Колишня російська система мір довжини, доповнена новими заходами, отримала остаточний вигляд:
миля \u003d 7 верстам (\u003d 7, 47 км);
верста \u003d 500 сажням (\u003d 1,07 км);
сажень \u003d 3 аршинам \u003d 7 футів (2,13 м);
аршин \u003d 16 вершкам \u003d 28 дюймів (71,12 см);
фут \u003d 12 дюймів (30,48 см);
Дюйм \u003d 10 лініях (2,54 см);
лінія \u003d 10 точках (2, 54см).
Дуже часто, читаючи літературні твори, ми зустрічаємо старовинні міри вимірювання величин і не завжди уявляємо, що вони означають. Наприклад, це всім відомі казки: Дюймовочка, казка про царя Салтана, Коник-Горбоконик, Аліса в задзеркаллі, спляча красуня, Маленький Мук, і в віршах О.С.Пушкіна, К. І. Чуковського і багатьох інших творах.
«Та ще народжу коника
Зростанням тільки 3 вершка,
На спині з двома горбах
Так аршинними вухами ». (Єршов)
«А добра фея, яка врятувала його дочка
від смерті, побажавши їй столітнього сну,
була в той час далеко,
За 12 тисяч миль від замку. Але вона відразу ж дізналася про
це нещастя від маленького карлика-скорохода, у якого були семимильні чоботи. »
"Що вам треба? - шоколаду.
Для кого? - для сина мого.
А чи багато надіслати?
- так пудів так 5 або 6:
Більше йому не з'їсти.
Він у мене маленький! »
Тим часом, як він далеко
Б'ється довго і жорстоко,
Настає термін батьківщин;
Сина бог їм дав в аршин ...
Старовинні заходи і завдання.
«Арифметика» Л.Ф.Магніцкій
Завдання №1.
У жаркий день 6 косарів випиликадь * квасу за 8 годин. Потрібно дізнатися, скільки косарів за 3 години вип'ють таку ж кадь квасу.
______________________________________
* Кадь - ємність циліндричної форми, зроблена з дерев'яних клепок (дощечок) і обтягнута металевими або дерев'яними обручами
Рішення:
1) Скільки косарів вип'ють кадь за одну годину?
6х8 \u003d 48 (косарів)
2) Скільки косарів вип'ють кадь за три години?
48: 3 \u003d 16 (косарів)
Відповідь: 16 косарів вип'ють кадь квасу за 3 години.
висновки
Я познайомився з текстами стародавніх математичних задач з «Арифметики» Магницького
Також дізнався старі міри довжини (п'ядь, лікоть,верста, сажень, аршин,;ваги (пуд, фунт), обсягу (чверть, кадьі їх відповідність сучасним заходам.Я побачив, що в старовинному підручнику велика увага приділялася цікавим завданням, яким Л.Ф.Магніцкій присвятив цілий розділ під назвою «Про утешно деяких дійствах через арифметику вживаних».
Розглянув літературні твори, в якому зустрічаються старовинні одиниці виміру, і переконався, що їх дуже багато.
Наука починається з тих пір,
як починають вимірювати ...
Д. І. Менделєєв
Вдумайтеся в слова відомого вченого. З них ясна роль вимірювань в будь-якій науці, а особливо у фізиці. Але, крім того, вимірювання важливі в практичному житті. Чи можете ви уявити своє життя без вимірювань часу, маси, довжини, швидкості руху автомобіля, витрати електроенергії і т. Д.?
Як виміряти фізичну величину? Для цієї мети служать вимірювальні прилади. Деякі з них вам уже відомі. Це різного виду лінійки, годинник, термометри, ваги, транспортир (рис. 20) та ін.
Мал. 20
Вимірювальні прилади бувають цифрові і шкальні. У цифрових приладах результат вимірювань визначається цифрами. Це електронний годинник (рис. 21), термометр (рис. 22), лічильник електроенергії (рис. 23) та ін.
Мал. 21
Мал. 22
Мал. 23
Лінійка, стрілочний годинник, термометр побутової, ваги, транспортир (див. Рис. 20) - це шкальні прилади. Вони мають шкалу. По ній визначається результат вимірювання. Вся шкала розкреслений штрихами на ділення (рис. 24). Одну поділку - це не один штрих (як іноді помилково вважають учні). Це проміжок між двома найближчими штрихами. На малюнку 25 між числами 10 і 20 - два ділення, а штриха - 3. Прилади, які ми будемо використовувати в лабораторних роботах, в основному шкальні.
Мал. 24
Мал. 25
Виміряти фізичну величину - значить порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю.
Наприклад, щоб виміряти довжину відрізка прямої між точками А і В, треба докласти лінійку і за шкалою (рис. 26) визначити, скільки міліметрів укладається між точками А і В. Однорідною величиною, з якої проводилося порівняння довжини відрізка АВ, була довжина, рівна 1 мм.
Мал. 26
Якщо фізична величина вимірюється безпосередньо шляхом зняття даних з шкали приладу, то такий вимір називають прямим.
Наприклад, приклавши лінійку до бруска в різних місцях, ми визначимо його довжину а (рис. 27, а), ширину b і висоту с. Значення довжини, ширини, висоти ми визначили безпосередньо, знявши відлік зі шкали лінійки. З малюнка 27, б слід: а \u003d 28 мм. Це пряме вимір.
Мал. 27
А як визначити обсяг бруска?
Треба провести прямі вимірювання його довжини а, ширини b і висоти с, а потім по формулі
V \u003d a. b. c
обчислити об'єм бруска.
В цьому випадку ми говоримо, що обсяг бруска визначили за формулою, т. Е. Побічно, і вимірювання об'єму називається непрямим виміром.
Мал. 28
Подумайте і дайте відповідь
- На малюнку 28 представлено кілька вимірювальних приладів.
- Як називаються ці вимірювальні прилади?
- Які з них цифрові?
- Яку фізичну величину вимірює кожен прилад?
- Що являє однорідна величина на шкалі кожного приладу, представленого на малюнку 28, з якою порівнюють вимірювану величину?
- Дозвольте суперечка.
Таня і Петя вирішують задачу: «Визначте лінійкою товщину одного листа книги, що містить 300 сторінок. Товщина всіх листів дорівнює 3 см ». Петя стверджує, що це можна зробити прямим виміром лінійкою товщини листа. Таня ж вважає, що визначення товщини листа - це непряме вимірювання.
А як вважаєте ви? Обгрунтуйте свою відповідь.
Цікаво знати!
Вивчаючи будову людського тіла і роботу його органів, вчені також проводять безліч вимірів. Виявляється, що людина, маса якого приблизно 70 кг, має близько 6 л крові. Серце людини в спокійному стані скорочується 60-80 разів на хвилину. За одне скорочення воно викидає в середньому 60 см 3 крові, в хвилину - близько 4 л, в добу - близько 6-7 т, в рік - понад 2000 т. Так що наше серце - великий трудівник!
Кров людини 360 разів протягом доби проходить через нирки, очищаючись там від шкідливих речовин. Загальна протяжність ниркових кровоносних судин 18 км. Ведучи здоровий спосіб життя, ми допомагаємо нашому організму працювати без збоїв!
Домашнє завдання
Мал. 29
- Перерахуйте в зошиті вимірювальні прилади, які є у вашій квартирі (будинку). Рознесені їх по групах:
1) цифрові; 2) шкальні.
- Перевірте справедливість правила Леонардо да Вінчі (рис. 29) - геніального італійського художника, математика, астронома, інженера. Для цього:
- виміряйте своє зростання: попросіть кого-небудь за допомогою трикутника (рис. 30) поставити на одвірку невелику риску олівцем; виміряйте відстань від підлоги до зазначеної риски;
- виміряйте відстань по горизонтальній прямій між кінцями пальців рук (рис. 31);
- порівняйте отримане в пункті б) значення зі своїм зростом; у більшості людей ці значення рівні, що вперше було помічено Леонардо да Вінчі.
Мал. 30
Мал. 31
Ознайомити з пристроєм і принципом дії барометра-анероїда і навчити користуватися ним.
Сприяти розвитку вміння пов'язувати явища природи з фізичними законами.
Продовжити формування уявлень про атмосферний тиск і зв'язку атмосферного тиску з висотою підйому над рівнем моря.
Продовжити виховувати уважне доброзичливе ставлення до учасників навчального процесу, особисту відповідальність за виконання колективної роботи, розуміння необхідності дбати про чистоту атмосферного повітря та дотримуватися правил охорони природи, придбання життєвих навичок.
Уявіть собі заповнений повітрям герметичний циліндр, з встановленим зверху поршнем. Якщо почати тиснути на поршень, то обсяг повітря в циліндрі почне зменшуватися, молекули повітря стануть стикатися один з одним і з поршнем все інтенсивніше, і тиск стисненого повітря на поршень зросте.
Якщо поршень тепер різко відпустити, то стиснене повітря різко виштовхне його вгору. Це відбудеться тому, що при незмінній площі поршня збільшиться сила, що діє на поршень з боку стисненого повітря. Площа поршня залишилася незмінною, а сила з боку молекул газу збільшилася, відповідно збільшилася і тиск.
Або інший приклад. Варто людина на землі, стоїть обома стопами. У такому положенні людині комфортно, він не відчуває незручностей. Але що трапиться, якщо ця людина вирішить постояти на одній нозі? Він зігне одну з ніг в коліні, і тепер буде спиратися на землю тільки однієї стопою. У такому положенні людина відчує певний дискомфорт, адже тиск на стопу збільшилася, причому приблизно в 2 рази. Чому? Тому що площа, через яку тепер сила тяжіння придавлює людини до землі, зменшилася в 2 рази. Ось приклад того, що таке тиск, і як легко його можна виявити в звичайному житті.
Тиск у фізиці
З точки зору фізики, тиском називають фізичну величину, чисельно рівну силі, що діє перпендикулярно поверхні на одиницю площі даної поверхні. Тому, щоб визначити тиск в певній точці поверхні, нормальну складову сили, прикладеної до поверхні, ділять на площу малого елемента поверхні, на який дана сила діє. А для того щоб визначити середній тиск по всій площі, нормальну складову діючої на поверхню сили потрібно розділити на повну площу даної поверхні.
Паскаль (Па)
Вимірюється тиск в системі СІ в паскалях (Па). Ця одиниця виміру тиску отримала свою назву на честь французького математика, фізика і літератора Блеза Паскаля, автора основного закону гідростатики - Закону Паскаля, яка говорить, що тиск, вироблене на рідину або газ, передається в будь-яку точку без змін у всіх напрямках. Вперше одиниця тиску «паскаль» була введена в обіг у Франції в 1961 році, згідно з декретом про одиниці, через три століття після смерті вченого.
Один паскаль дорівнює тиску, який викликає сила в один ньютон, рівномірно розподілена, і спрямована перпендикулярно до поверхні площею в один квадратний метр.
У паскалях вимірюють не тільки механічне тиск (механічне напруження), але і модуль пружності, модуль Юнга, об'ємний модуль пружності, межа плинності, межа пропорційності, опір розриву, опір зрізу, звуковий тиск і осмотичний тиск. Традиційно саме в паскалях виражаються найважливіші механічні характеристики матеріалів в спрямують.
Атмосфера технічна (ат), фізична (атм), кілограм-сила на квадратний сантиметр (кгс / см2)
Крім Паскаля для вимірювання тиску застосовують і інші (позасистемні) одиниці. Однією з таких одиниць є «атмосфера» (ат). Тиск в одну атмосферу приблизно дорівнює атмосферному тиску на поверхні Землі на рівні Світового океану. На сьогоднішній день під «атмосферою» розуміють технічну атмосферу (ат).
Технічна атмосфера (ат) - це тиск, вироблене однієї кілограм-силою (кгс), розподіленої рівномірно по площі в один квадратний сантиметр. А одна кілограм-сила, в свою чергу, дорівнює силі тяжіння, що діє на тіло масою в один кілограм в умовах прискорення вільного падіння, рівного 9,80665 м / с2. Одна кілограм-сила дорівнює таким чином 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера виявляється рівною точно 98066,5 Па. 1 ат \u003d 98066,5 Па.
В атмосферах вимірюють, наприклад, тиск в автомобільних шинах, наприклад рекомендований тиск в шинах пасажирського автобуса ГАЗ-2217 дорівнює 3 атмосферам.
Є ще «фізична атмосфера» (атм), що визначається як тиск ртутного стовпа, заввишки 760 мм на його підставу при тому, що щільність ртуті дорівнює 13595,04 кг / м3, при температурі 0 ° C і в умовах прискорення вільного падіння рівного 9, 80665 м / с2. Так виходить, що 1 атм \u003d 1,033233 ат \u003d 101 325 Па.
Що стосується кілограм-сили на квадратний сантиметр (кгс / см2), то ця позасистемна одиниця тиску з хорошою точністю дорівнює нормальному атмосферному тиску, що буває іноді зручно для оцінок різних впливів.
Бар (бар), барію
Позасистемна одиниця «бар» дорівнює приблизно одній атмосфері, але є більш точною - рівно 100000 Па. В системі СГС 1 бар дорівнює 1000000 дин / см2. Раніше назва «бар» носила одиниця, звана зараз «барію», і рівна 0,1 Па або в системі СГС 1 барію \u003d 1 дин / см2. Слово «бар», «барію» і «барометр» походять від одного і того ж грецького слова «тяжкість».
Часто для вимірювання атмосферного тиску в метеорології використовують одиницю мбар (миллибар), що дорівнює 0,001 бар. А для вимірювання тиску на планетах де атмосфера дуже розряджена - мкбар (мікробар), рівний 0,000001 бар. На технічних манометрах найчастіше шкала має градуювання саме в барах.
Міліметр ртутного стовпа (мм рт. Ст.), Міліметр водяного стовпа (мм вод. Ст.)
Позасистемна одиниця виміру «міліметр ртутного стовпа» дорівнює 101325/760 \u003d +133,3223684 Па. Позначається «мм рт.ст.», але іноді її позначають «торр» - на честь італійського фізика, учня Галілея, Еванджеліста Торрічеллі, автора концепції атмосферного тиску.
Утворилася одиниця в зв'язку зі зручним способом вимірювання атмосферного тиску барометром, у якого ртутний стовп перебуває в рівновазі під дією атмосферного тиску. Ртуть володіє високою щільністю близько 13600 кг / м3 і відрізняється низьким тиском насиченої пари в умовах кімнатної температури, тому для барометрів свого часу і була обрана саме ртуть.
На рівні моря атмосферний тиск дорівнює приблизно 760 мм рт.ст., саме це значення і прийнято вважати тепер нормальним атмосферним тиском, рівним 101325 Па або однієї фізичної атмосфері, 1 атм. Тобто 1 міліметр ртутного стовпа дорівнює 101325/760 паскаль.
У міліметрах ртутного стовпа вимірюють тиск в медицині, в метеорології, в авіаційній навігації. У медицині кровне тиск вимірюють в мм рт.ст., у вакуумній техніці прилади для вимірювання тиску градуюються в мм рт.ст., поряд з барами. Іноді навіть просто пишуть 25 мкм, маючи на увазі мікрони ртутного стовпа, якщо мова йде про вакуумування, а вимірювання тиску здійснюють вакуумметрами.
У деяких випадках використовують міліметри водяного стовпа, і тоді 13,59 мм вод.ст \u003d 1мм рт.ст. Іноді це більш доцільно і зручно. Міліметр водяного стовпа, як і міліметр ртутного стовпа - позасистемна одиниця, рівна в свою чергу гідростатичного тиску 1 мм стовпа води, яке цей стовп надає на плоску підставу при температурі води стовпа 4 ° С.
Коментарі
Проблема артеріальної гіпертонії стала однією з найбільш актуальних в сучасній медицині. Велике число людей страждає підвищенням артеріального тиску (АТ). Інфаркт, інсульт, сліпота, ниркова недостатність - все це грізні ускладнення гіпертонії, результат неправильного лікування або його відсутність взагалі. Є тільки один спосіб уникнути небезпечних ускладнень - підтримання постійного нормального рівня артеріального тиску за допомогою сучасних якісних препаратів.
Підбір ліків - справа лікаря. Від пацієнта потрібно розуміння необхідності лікування, дотримання рекомендацій лікаря і, головне, постійний самоконтроль.
Кожен пацієнт, що страждає гіпертонією, повинен регулярно вимірювати і записувати свій тиск, вести щоденник самопочуття. Це допоможе доктору оцінити ефективність лікування, адекватно підібрати дозу препарату, оцінити ризик можливих ускладнень і ефективно запобігти їх.
При цьому важливо вимірювати тиск і знати його середньодобовий рівень саме в домашніх умовах, тому що цифри тиску, отримані на прийомі у лікаря, часто бувають завищеними: пацієнт хвилюється, втомився, сидячи в черзі, забув прийняти ліки і з багатьох інших причин. І, навпаки, будинки можуть виникати ситуації, які викликають різке підвищення тиску: стреси, фізичні навантаження і інше.
Тому кожен гіпертонік повинен мати можливість виміряти тиск будинку в спокійній звичній обстановці, щоб мати уявлення про справжній рівень тиску.
ЯК ПРАВИЛЬНО ВИМІРЮВАТИ ТИСК?
При вимірюванні АТ необхідно дотримуватися деяких правил:
Виміряйте тиск в спокійній обстановці при комфортній температурі, не раніше ніж через 1 - 2 години після прийому їжі, не раніше ніж через 1 годину після куріння, вживання кави. Сядьте зручно, спираючись на спинку стільця, що не схрещуючи ноги. Рука повинна бути оголена, а решта одягу не повинні бути вузькою, тісною. Чи не розмовляйте, це може вплинути на правильність вимірювання артеріального тиску.
Манжета повинна мати відповідні розміром руки довжину і ширину. Якщо окружність плеча перевищує 32 см або плече має конусоподібну форму, що ускладнює правильність накладення манжети, необхідна спеціальна манжета, тому що використання вузької або короткої манжети призводить до істотного завищення цифр АТ.
Накладіть манжету так, щоб її нижній край був на 2,5 см вище краю ліктьової ямки. Чи не стискайте її надто туго - між плечем і манжетою повинен вільно проходити палець. Накладіть стетоскоп в місце найкращого прослуховування пульсації плечової артерії відразу над ліктьовий ямкою. Мембрана стетоскопа повинна щільно прилягати до шкіри. Але не тисніть надто сильно, щоб уникнути додаткового стискання плечової артерії. Стетоскоп не повинен торкатися трубок тонометра, щоб звуки від зіткнення з ними не завадили виміру.
Розмістіть стетоскоп на рівні серця обстежуваного або на рівні його 4-го ребра. Нагнітайте повітря в манжету енергійно, повільне нагнітання призводить до посилення больових відчуттів і погіршує якість сприйняття звуку. Випускайте повітря з манжети повільно - 2 мм рт. ст. в секунду; чим повільніше випускати повітря, тим вище якість вимірювання.
Повторне вимірювання артеріального тиску можливо через 1 - 2 хвилини після повного виходу повітря з манжети. АТ може коливатися від хвилини до хвилині, тому середнє значення двох і більше вимірів більш точно відображає дійсний внутриартериальное тиск. Тиску систоли і діастоли
Щоб визначити параметри тиску, необхідно правильно оцінити звуки, які можна почути «в стетоскопі».
Систолічний тиск визначається по найближчому поділу шкали, у якого стали чутні перші послідовні тони. При виражених порушеннях ритму для точності необхідно зробити кілька вимірів поспіль.
Діастолічний тиск визначається або по різкого зниження гучності тонів, або за повним їх припинення. Ефект нульового тиску, тобто безперервних до 0 тонів, може спостерігатися при деяких патологічних станах (тиреотоксикоз, пороки серця), вагітності, у дітей. При діастолічному тиску вище 90 мм рт. ст. необхідно продовжувати вимірювання артеріального тиску протягом ще 40 мм рт. ст. після зникнення останнього тону, щоб уникнути хибно завищені значень діастолічного тиску через явищ «аускультативного провалу» - тимчасового припинення тонів.
Часто для отримання більш точного результату необхідно виміряти тиск кілька разів поспіль, а іноді і обчислити середнє значення, яке більш точно відповідає істинному внутриартериальному тиску.
ЧИМ ВИМІРЮВАТИ ТИСК?
Для вимірювання тиску лікарі і пацієнти використовують різні види тонометрів. Тонометри розрізняють за кількома ознаками:
За місцем розташування манжети: лідирують тонометри «на плече» - манжета накладається на плече. Це положення манжети дозволяє отримати найбільш точний результат вимірювань. У численних дослідженнях доведено, що всі інші положення ( «манжета на зап'ястя», «манжета на пальці») можуть давати значні розбіжності з істинним тиском. Результат вимірювань зап'ястним приладом дуже залежить від положення манжети щодо серця в момент вимірювання і, найголовніше, від алгоритму вимірювання, використаного в конкретному приладі. При використанні пальцевих тонометрів результат може залежати навіть від температури пальця і \u200b\u200bінших параметрів. Такі тонометри не можуть бути рекомендовані для використання.
Стрілочний або цифровий - в залежності від типу визначення результатів вимірювання. У цифрового тонометра є невеликий екран, на якому висвічуються пульс, тиск і деякі інші параметри. У стрілочного тонометра є циферблат і стрілка, і результат вимірювання фіксує сам дослідник.
Тонометр може бути механічний, напівавтоматичний або повністю автоматичний, в залежності від типу пристрою нагнітання повітря і методу вимірювання. ЯКИЙ тонометр ВИБРАТИ?
Кожен тонометр має свої особливості, переваги і недоліки. Тому, якщо ви вирішили купити тонометр, зверніть увагу на особливості кожного з них.
Манжета: повинна за розміром відповідати вашій руці. Стандартна манжета призначена для руки з обхватом 22 - 32 см. Якщо у вас велика рука - необхідно придбати манжету більшого розміру. Для вимірювання тиску у дітей існують маленькі дитячі манжети. В особливих випадках (вроджені вади) потрібні манжети для вимірювання тиску на стегні.
Краще, якщо манжета зроблена з нейлону, оснащена металевим кільцем, що значно полегшує процес закріплення манжети на плечі при самостійному вимірі тиску. Внутрішня камера повинна бути виготовлена \u200b\u200bза безшовною технологією або мати спеціальну форму, що забезпечує манжеті міцність і робить вимір більш комфортним.
Фонендоскоп: зазвичай фонендоскоп йде в комплекті з тонометром. Зверніть увагу на його якість. Для домашнього вимірювання тиску зручно, коли тонометр оснащений вбудованим фонендоскопом. Це велика зручність, так як в такому випадку фонендоскоп не потрібно тримати в руках. Крім того, немає необхідності піклуватися про правильність його розташування, що буває серйозною проблемою при самостійному вимірі і відсутності достатнього досвіду.
Манометр: манометр для механічного тонометра повинен бути з яскравими чіткими розподілами, іноді вони бувають навіть світяться, що зручно при вимірюванні в темному приміщенні або вночі. Краще, якщо манометр оснащений металевим корпусом, такий манометр довговічніше.
Дуже зручно, коли манометр суміщений з грушею - елементом нагнітання повітря. Це полегшує процес вимірювання тиску, дозволяє правильно розташувати манометр щодо пацієнта, підвищує точність отриманого результату.
Груша: як уже говорилося вище, добре, якщо груша суміщена з манометром. Якісна груша оснащена металевим гвинтом. Крім того, якщо ви лівша, зверніть увагу, що груші бувають адаптовані до роботи правою чи лівою рукою.
Дисплей: при виборі тонометра мають значення розміри дисплея. Є дисплеї маленькі, де висвічується тільки один параметр - наприклад, останнім вимірювання артеріального тиску. На великому екрані можна побачити результат вимірювання тиску і пульсу, колірну шкалу тиску, значення середнього тиску з декількох останніх вимірювань, індикатор аритмії, індикатор заряду батареї.
Додаткові функції: автоматичний тонометр може бути оснащений такими зручними функціями, як:
індикатор аритмії - при порушенні ритму серця ви побачите позначку про це на дисплеї або почуєте звуковий сигнал. Наявність аритмії спотворює правильність визначення артеріального тиску, особливо при одноразовому вимірі. В цьому випадку рекомендується виміряти тиск кілька разів і визначити середнє значення. Особливі алгоритми деяких приладів дозволяють робити точні вимірювання, незважаючи на порушення ритму;
пам'ять на кілька останніх вимірювань. Залежно від типу тонометра він може володіти функцією запам'ятовування декількох останніх вимірювань від 1 до 90. Ви можете переглянути свої дані, дізнатися останні цифри тиску, скласти графік тиску, обчислити середнє значення;
автоматичне обчислення середнього тиску; звукове сповіщення;
функція прискореного виміру тиску без втрати точності вимірювання; існують сімейні моделі, в яких окремі функціональні кнопки забезпечують можливість незалежного користування тонометром двома людьми, з окремою пам'яттю на останні вимірювання;
зручні моделі, що забезпечують можливість роботи як від батарейок, так і від загальної електричної мережі. У домашніх умовах це не тільки підвищує зручність вимірювання, але і знижує витрати на користування приладом;
існують моделі тонометрів, оснащені принтером для роздруківки останніх показників артеріального тиску з пам'яті, а також прилади, сумісні з вашим комп'ютером.
Таким чином, механічний тонометр забезпечує більш високу якість вимірювання в досвідчених руках, у дослідника з хорошим слухом і зором, здатним правильно і точно дотриматися всіх правил вимірювання артеріального тиску. Крім того, механічний тонометр істотно дешевше.
Електронний (автоматичний або напівавтоматичний) тонометр хороший для домашнього вимірювання артеріального тиску і може бути рекомендований людям, які не мають навичок вимірювання артеріального тиску методом аускультації, а також пацієнтам зі зниженим слухом, зором, реакцією, тому що не вимагає від вимірює безпосередньої участі в вимірі. Не можна не оцінити корисності таких функцій, як автоматичне накачування повітря, прискорене вимір, пам'ять результатів вимірювання, обчислення середнього АТ, індикатор аритмії і спеціальні манжети, що виключають хворобливі відчуття при вимірі.
Однак точність електронних тонометрів не завжди однакова. Перевагу слід віддавати клінічно апробованим приладів, т. Е. Пройшли випробування по всесвітньо відомим протоколам (BHS, AAMI, International Protocol).
Джерела Журнал «СПОЖИВАЧ. Експертиза і Тести », 38'2004, Марія Сасонко apteka.potrebitel.ru/data/7/67/54.shtml
