Научно-исследовательская работа учащейся 7 г Гавриловой Софии "Биомеханические возможности человека"

8

Научно-практическая конференция школьников

Секция: физика

Тема работы: Биомеханические возможности человека

Автор работы: Гаврилова София , 7 класс

Руководитель: Пастарнакова Юлия Викторовна, учитель физики МБОУ «КЭГ им. Зая Пандиты» г. Элисты РК

Элиста

2021г.

Краткая аннотация

Цели работы:

1. Овладеть методом кистевой динамометрии. Измерить силу мышц кисти и вычислить среднее значение этих показателей в группе. Проанализировать индивидуальные и средние данные и сделать вывод о соответствии уровня развития мышечной системы и возраста испытуемых.

2. Определить мощности, развиваемые учащимися, быстро поднимающимися по лестнице.

3. Овладение методом спирографии.

Методы, которые использовались в работе: наблюдение, сравнение, эксперимент, анализ.

Содержание стр.

Введение............................................................................................................... 4-5

Основная часть..................................................................................................... 6-11

Заключение........................................................................................................... 12

Список литературы.............................................................................................. 13

Введение

Важнейший критерий физического развития организма - это мышечная сила. В настоящее время хорошо изучена сила различных мышц. Однако чаще всего пользуются определением силы мышц кисти (кистевая сила) и спины (становая сила), которые являются суммарными показателями силы мышц, участвующих в осуществлении движения определенного типа. Сила мышц имеет прямую зависимость от количества мышечных волокон, то есть от толщины мышцы. С возрастом она увеличивается. Так наиболее интенсивно мышечная сила увеличивается в подростковом возрасте. С 18 лет рост силы замедляется и 25 - 26 годам заканчивается. После 40 лет сила мышц постепенно снижается и наиболее значительное снижение силы мышц отмечается после 50 лет. Интенсивность развития мышечной силы зависит и от пола. Исследование производится с помощью кистевого динамометра.

После 12 лет отмечается преимущественное развитие силы мышц у мальчиков, особенно в период полового созревания. Так к 12 - 15 годам превышение силы мышц у мальчиков над соответствующими показателями у девочек становится явно выраженным (примерно, на 30%). Эта разница своего максимума достигает в 17 лет. Что касается кистевой силы, то максимум нарастания силы сжатия правой кисти у мальчиков приходится на возраст 14 - 17 лет, особенно на период 15 - 16 лет.

Силовая выносливость - это способность человека к продолжительному мышечному сокращению, то есть она характеризует способность продолжать мышечную работу при развивающемся утомлении. Силовая выносливость с возрастом также увеличивается. Резкий прирост выносливости приходится на возраст 7 - 10 лет. Далее до 17 лет данный показатель увеличивается более плавно. В целом выносливость к 16 - 19 годам составляет 85% уровня взрослого, максимальных значений она достигает к 25 - 29 годам. Далее этот показатель снижается и к 70 годам достигает четверти максимальных величин.

Развитие выносливости не идет параллельно развитию силы, а скорей, наоборот: при быстром развитии силы имеет место некоторое замедление развития выносливости.

В разных видах деятельности человек развивает разную мощность. Его организм обладает адаптивными механизмами регуляции. Так как в течение жизни индивид подвергается действию самых различных раздражителей, требующих адаптации, нужно знать и правильно оценивать возможности своего организма, помнить, что чрезмерная деятельность и последующие сила и частота адаптационных процессов могут вызвать перенапряжение компенсаторных процессов. В работе рассматривается зависимость мощности, развиваемой человеком при подъёме, от массы человека, высоты подъема и времени подъема. Исследование жизненной ёмкости легких производится с помощью прибора спирометра. Жизненная ёмкость легких складывается из дыхательного воздуха, вентилирующего лёгкие при спокойном дыхании, дополнительного (вдыхательного), входящего в лёгкие при усиленном дополнительном вдохе и резервного (выдыхаемого), выходящего из легких при усиленном выдохе после спокойного выдоха. Снижение жизненной емкости легких чаще всего наблюдается при болезнях органов дыхания и патологических изменениях объема грудной полости; во многих случаях оно является одним из важных механизмов развития дыхательной недостаточности.

Основная часть

I. Исследование силовых способностей человека.

Сила является одной из основных характеристик способностей человека наряду с быстротой, выносливостью, гибкостью. Благодаря мышечной силе человек может противостоять силовым воздействиям на организм извне, поднимать тяжести, преодоле-

вать препятствия. В современном мире нагрузки на организм человека очень велики, даже в повседневной жизни. Поэтому необходимо развивать различные группы мышц и тренировать их силу. Под силой понимается способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий. Один из наиболее существенных моментов, определяющих мышечную силу – это режим работы мышц. При существовании лишь двух реакций мышц на раздражение – сокращения с уменьшением длины и изометрического напряжения, − результаты проявленного усилия оказываются различными в зависимости от того, в каком режиме мышцы работают. Если, преодолевая какое-либо сопротивление, мышцы сокращаются и укорачиваются, то такая их работа называется преодолевающей (концентрической). Мышцы, противодействующие какому-либо сопротивлению, могут при напряжении, и удлиняться, например, удерживая очень тяжелый груз. В таком случае их работа называется уступающей (эксцентрической). Преодолевающий и уступающий режимы работы мышц объединяются названием динамического. Сокращение мышцы при постоянном напряжении или внешней нагрузке называется изотоническим. При изотоническом сокращении мышцы, от предъявляемой нагрузки зависит не только величина ее укорочения, но и скорость: чем меньше нагрузка, тем больше скорость ее укорочения. Выполняя движения, человек очень часто проявляет силу и без изменения длины мышц. Такой режим их работы называется изометрическим, или статическим, при котором мышцы проявляют свою максимальную силу. Сила, развиваемая в уступающем режиме работы в разных движениях, зависит от скорости: чем больше скорость, тем больше и сила.

При характеристике силовых качеств человека выделяют следующие их разновидности:
1. Статическая сила - показатель силы, проявляемой при удержании в течение определенного времени предельных отягощений или сопротивлений с максимальным напряжением мышц.

2. Жимовая сила, проявляемая, например, во время перемещения предметов большой массы, когда скорость практически не имеет значения, а прилагаемые усилия достигают максимальных значений.

3. Скоростная динамическая сила характеризуется способностью человека к перемещению в ограниченное время больших отягощений с ускорением ниже максимального.
4. «Взрывная» сила - способность преодолевать сопротивление с максимальным мышечным напряжением в кратчайшее время. При «взрывном» характере мышечных усилий развиваемые ускорения достигают максимально возможных величин.
5. Амортизационная сила характеризуется развитием усилия в короткое время в уступающем режиме работы мышц, например, при приземлении на опору в различного вида прыжках, или при преодолении препятствий.

1) Определим массу участников, взвешивая каждого из них на электронных весах.

2) Определяем кистевую силу кистевым динамометром Колена (в кг). С его помощью определяют силу мышц – сгибателей кисти и пальцев (кистевая динамометрия). При измерении силы мышц-сгибателей пальцев динамометр располагают на поверхности ладони так, чтобы его стрелка была обращена к запястью. Стоя, испытуемый отводит правую руку в сторону и сжимает динамометр с максимальной силой, делает 3 попытки, фиксируется максимальный результат.

3) Определим силовые индексы. Силовые индексы (зависимость между массой тела и мышечной силой) получают делением показателей силы на массу тела и выражают в процентах. Чем больше мышечная масса, тем больше мышечная сила.

II.Определение мощности, которую развивает человек, быстро поднимающийся по лестнице.

 Лестница имеет n= 12 ступенек. Высота каждой из них составляет h= 0,14 м. В нашем примере высота подъема составила: s= 12*0,14м =1,68 м. Отметим время, которое потратил каждый учащийся для того, чтобы взбежать на эти 12 ступенек. Работу, которая при этом была совершена, найдем по формуле: А= F*s=m*g*s. Мощность найдем по формуле: N= .

Подсчет дыхательных движений осуществляют следующим образом: исследующий кладет руку на грудную клетку исследуемого или на верхнюю часть живота и в течение минуты считает количество вдохов. Удобнее всего считать дыхание визуально, наблюдая за движениями грудной клетки и брюшной стенки. Число дыхательных движений в минуту соотносится с частотой сердечных сокращений как 1: 4. Нарушение частоты дыхания называется одышкой.

III. Определение жизненной емкости легких человека.

Жизненная емкость легких – это максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после самого глубокого вдоха, определяется с помощью прибора, который называется спирометр. Существует два основных вида спирометров: водяной и воздушный. Мы воспользуемся воздушным спирометром.  Продезинфицировав трубку спирометра в растворе перманганата калия, возьмите ее в рот. Держа трубку во рту, сделайте самый глубокий вдох, а затем очень глубокий выдох через трубку спирометра. Когда выдыхание будет закончено, по шкале спирометра определили ЖЕЛ.

Заключение

Мне всегда было интересно, откуда пошел обычай рукопожатия? Точного ответа на этот вопрос никто не знает. Самая распространенная версия, что пошло это с гладиаторских боев в древности. Гладиаторы так приветствовали друг друга, для демонстрации сопернику своей силы. Время гладиаторских боев и дуэлей прошло, а обычай остался. Когда жмёшь человеку руку, то и впечатление о нём складывается соответствующее. Мощное же рукопожатие заставляет уважать и завидовать. Сила кисти свидетельствует и об общем физическом состоянии организма, а именно о нейро-мышечной связи. В двух словах о нейро-мышечной связи– это связь мозга и мышц. Чем она сильнее, тем более сильный нервный импульс мозг посылает мышце и тем сильнее она сокращается. Причём сильнее всего связаны с мозгом кисти, так как руками мы выполняем множество различных действий каждый день, Поэтому, если вы занимаетесь в тренажерном зале и хотите стать сильнее, то вы просто обязаны тренировать кисти и предплечья. Также не стоит забывать и о пользе хвата в быту. Средняя кистевая сила для юношей данной возрастной категории составляет 26,5 кг. Измерения, проведенные мной с участниками эксперимента соответствуют этому показателю.

В данной научно-исследовательской работе была определена мощность человека, которую он развивает при подъёме по лестнице. Можно сделать вывод, что она зависит не только от массы человека, высоты подъёма и времени, а также от таких биологических параметров как пульс и частота дыхания.

Достаточная жизненная емкость легких – важный фактор, который способствует поддержанию здоровья и нормальной работоспособности человека. Правильно развитая грудная клетка обеспечивает нормальное дыхание. Поэтому очень важны утренняя гимнастика, спорт, физкультура. Они гармонично развивают грудную клетку. ЖЁЛ также зависит от чистоты окружающего воздуха. Положительно влияет свежий воздух. Воздух в душных закрытых помещениях, насыщенный водяными парами и углекислым газом, оказывает негативное влияние на процесс дыхания. Это же можно сказать о курении, вдыхании пыли. К оздоровительным мероприятиям относятся озеленение жилых районов, асфальтирование и поливка улиц, устройство дымоуловителей, вентиляционных приспособлений в домах. Важность такого исследования велика, так как они позволяют судить о степени развития заболеваний, которые трудно определить на основании одних симптомов.

Список литературы

1. Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии, биологии. -М.: Просвещение, 1986.

2. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и теория саморегуляции. -М.: Знание, 1983.

3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. - М.: Физматгиз, 1975.

4. Мезенцев В.А. Энциклопедия чудес: В 3 кн. - М.: Акалис - Менеджер, 1994.

5. Кац Ц.Б. Физика и живая природа. - М.: Просвещение, 1987

6. Дубов А.П. Что такое биофизика? - М.: Просвещение, 1970.

7. Биофизика / Под ред. В.Г. Артюхова. – М.: Академический Проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2009. – 294 с.