VII городская научно – практическая конференция «Шаг в будущее»
История измерений и простые измерительные приборы своими руками
Выполнил : Антаков Евгений обучающийся МБОУ СОШ № 4,
Научный руководитель : Осиик Т.И. учитель начальных классов МБОУ СОШ № 4 г. Полярные Зори
Меня зовут Антаков Женя, мне 9 лет.
Я учусь в третьем классе, занимаюсь плаванием, дзюдо и английским языком.
Хочу стать изобретателем, когда вырасту.
Цель проекта : - изучить историю измерений времени, массы, температуры и влажности и смоделировать простейшие измерительные приборы из подручных материалов.
Гипотеза : я предположил, что простейшие измерительные приборы можно смоделировать самостоятельно из подручных материалов.
Задачи проекта :
- изучить историю измерений различных величин;
Ознакомится с устройством измерительных приборов;
Смоделировать некоторые измерительные приборы;
Определить возможность практического применения самодельных измерительных приборов.
Научная статья
1. Измерение длины и массы
С необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и другие величины люди сталкивались с древних времен.
Наши предки в качестве средств измерений длины использовали собственный рост, длину руки, ладони, стопы.
Для определения дальних расстояний использовались самые различные способы (дальность полета стрелы, «трубки», буки и т.п.)
Подобные способы не очень удобны: результаты таких измерений всегда различаются, поскольку зависят от размеров тела, от силы стрелка, зоркости и т.п.
Поэтому постепенно стали появляться строгие единицы измерения, эталоны массы, длины.
Один из древнейших измерительных приборов – весы. Историки считают, что первые весы появились более 6 тысяч лет назад.
Простейшая модель весов – в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашками широко использовалась в Древнем Вавилоне и Египте.
Организация исследования
- Коромысловые весы из вешалки
В своей работе я решил попробовать собрать простую модель чашечных весов, с помощью которой можно проводить взвешивание небольших предметов, продуктов и т.п.
Я взял обычную вешалку, закрепил ее на подставке, к плечикам привязал пластиковые стаканчики. Вертикальной линией обозначил положение равновесия.
Чтобы определять массу, нужны гири. Я решил использовать вместо них обычные монеты. Такие «гирьки» всегда под рукой, и достаточно один раз определить их вес, чтобы использовать для взвешивания на моих весах.
5 руб
50 коп
10 руб
1 руб
Организация исследования
Опыты с коромысловыми весами
1 . Шкала весов
Используя разные монеты, нанес на лист бумаги отметки, соответствующие весу монеток
2. Взвешивание
Горсть конфет – уравновесил с помощью 11 разных монеток, общим весом 47 граммов
Контрольное взвешивание – 48 граммов
Печенье - уравновесил 10 монетами весом 30 граммов На контрольных весах – 31 грамм
Вывод: из простых предметов я собрал весы, с помощью которых можно проводить взвешивание с точностью до 1-2 граммов
Научная статья
2. Измерение времени
В глубокой древности люди ощущали ход времени по
смене дня и ночи и времен года и пытались его измерять.
Самыми первыми приборами для определения времени были солнечные часы.
В Древнем Китае для определения промежутков времени использовали «часы», состоявшие из пропитанного маслом шнура, на котором через равные промежутки завязывали узлы.
Когда пламя достигало очередного узла, это означало, что прошел определенный отрезок времени.
По такому же принципу действовали свечные часы и масляные лампы с отметками.
Позже люди придумали простейшие устройства – песочные и водяные часы. Вода, масло или песок равномерно перетекают из сосуда в сосуд, это свойство и позволяет отмерять определенные промежутки времени.
С развитием механики в XIV - XV веках появились часы с заводом и маятником.
Организация исследования
- Водяные часы из пластиковых бутылочек
Для этого опыта я использовал две пластиковые бутылки объемом 0.5 литра и трубочки для коктейля.
Крышки соединил между собой при помощи двустороннего скотча и сделал два отверстия, в которые вставил трубочки.
В одну из бутылок налил подкрашенную воду и закрутил крышки.
Если всю конструкцию перевернуть, то жидкость по одной из трубочек переливается вниз, а вторая трубочка необходима для того, чтобы воздух поднимался в верхнюю бутылку
Организация исследования
Опыты с водяными часами
Бутылочка заполнена подкрашенной водой
Бутылочка заполнена растительным маслом
Время перетекания жидкости – 30 секунд Вода перетекает быстро и равномерно
Время перетекания жидкости – 7 мин 17 сек
Количество масла подобрано так, чтобы время перетекания жидкости было не более 5 минут
На бутылочки нанесли шкалу – отметки через каждые 30 секунд
Чем масла меньше в верхней бутылке, тем медленнее оно стекает вниз, и расстояния между отметками становятся все меньше.
Вывод: у меня получились часы, с помощью которых можно определять промежутки времени от 30 секунд до 5 минут
Научная статья
3. Измерение температуры
Человек может различать тепло и холод, но точную температуру при этом не знает.
Первый термометр изобрел итальянец Галилео Галилей: стеклянная трубочка наполняется водой больше или меньше в зависимости от того, как сильно расширяется в ней горячий воздух или сжимается холодный.
Позднее на трубку были нанесены деления, то есть шкала.
Первый ртутный термометр предложил Фаренгейт в 1714 году, нижней точкой он считал температуру замерзания солевого раствора
Привычную нам шкалу предложил шведский ученый Андрес Цельсий.
За нижнюю точку (0 градусов) принята температура таяния льда, а за 100 градусов – температура кипения воды
Организация исследования
- Водяной термометр
Термометр можно собрать по простой схеме из нескольких элементов – колба(бутылочка) с подкрашенной жидкостью, трубочка, лист бумаги для шкалы
Я использовал небольшую пластиковую бутылочку, в которую налил воду, подкрашенную краской, вставил соломинку от сока, закрепил все при помощи клеевого пистолета.
Наливая раствор, я добился, чтобы небольшая его часть попала в трубочку. Наблюдая за высотой получившегося столбика жидкости можно судить об изменениях температуры.
Во втором случае я заменил пластиковую бутылочку на стеклянную ампулу и собрал термометр по той же схеме. Оба прибора я испытал в различных условиях.
Организация исследования
Опыты с водяными термометрами
Термометр 1 (с пластиковой бутылочкой)
Термометр поместили в горячую воду - столбик жидкости опустился вниз
Термометр поместили в ледяную воду - столбик жидкости поднялся вверх
Термометр 2 (со стеклянной колбой)
Термометр поместили в холодильник.
Столбик жидкости опустился вниз, на обычном термометре отметка 5 градусов
Термометр поместили на отопительную батарею
Столбик жидкости поднялся вверх, на обычном термометре отметка 40 градусов
Вывод: я получил термометр, по которому можно примерно оценить температуру окружающего воздуха. Его точность можно повысить, если использовать стеклянную трубку как можно меньшего диаметра; заполнить колбу жидкостью так, чтобы не оставалось пузырьков воздуха; использовать вместо воды спиртовой раствор.
Научная статья
4. Измерение влажности
Важным параметром окружающего нас мира является влажность, так как организм человека очень активно реагирует на ее изменения. Например, при очень сухом воздухе усиливается потоотделение и человек теряет много жидкости, что может привести к обезвоживанию.
Известно также, что того, чтобы избежать болезней органов дыхания, влажность воздуха в помещении должен быть не менее 50-60 процентов.
Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технических процессов. Например, избыток влажности может влиять на корректную работу большинства электроприборов.
Для измерения влажности используются специальные приборы- психрометры, гигрометры, зонды и различные устройства.
Организация исследования
Психрометр
Один из способов определения влажности основан на разнице показаний «сухого» и «влажного» термометров. Первый показывает температуру окружающего воздуха, а второй – температуру влажной ткани, которой он обернут. Используя эти показания по специальным психрометрическим таблицам, можно определить значение влажности.
В пластиковой бутылке из-под шампуня я сделал небольшое отверстие, в которое вставил шнурок, на дно налил воды.
Один конец шнурка закрепил на колбе правого термометра, другой поместил в бутылку, чтобы он находился в воде.
Организация исследования
Опыты с психрометром
Свой психрометр я проверил, определяя влажность в различных условиях
Вблизи отопительной батареи
Вблизи работающего увлажнителя воздуха
Сухой термометр 23 º С
Влажный термометр 20 º С
Влажность 76 %
Сухой термометр 25 º С
Влажный термометр 19 º С
Влажность 50 %
Вывод: я выяснил, что психрометр, собранный в домашних условиях можно использовать для оценки влажности помещений
Заключение
Наука измерений очень интересна и разнообразна, история ее начинается в глубокой древности. Существует огромное количество различных методов и приборов измерений.
Моя гипотеза подтвердилась - в домашних условиях можно смоделировать простые приборы (коромысловые весы, водяные часы, термометр, психрометр), которые позволяют определять вес, температуру, влажность и заданные промежутки времени.
Самодельные приборы можно использовать в обычной жизни, если под рукой не оказалось стандартных измерительных приборов:
Засекать время, выполняя упражнения на пресс, отжимания или прыжки на скакалке
Следить за временем при чистке зубов
На уроках – проводить пятиминутные самостоятельные работы
Список литературы.
1. «Познакомься, это… изобретения»; Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013
2. «Зачем и почему. Время»; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010
3. «Зачем и почему. Изобретения»; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010
4. «Зачем и почему. Механика; Энциклопедия; изд-во «Мир книги», Москва 2010
5. «Большая книга знаний» Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013
6. Интернет –сайт «Занимательная-физика.рф» http://afizika.ru/
7. Интернет-сайт «Часы и часовое дело» http://inhoras.com/
Алексеенко Алина
Руководитель проекта:
Горобцова Галина Степановна
Учреждение:
МБОУ Лицей № 1 г. Пролетарска
В индивидуальном ученическом проекте по физике на тему «Физические приборы вокруг нас» было дано определение простым физическим приборам со шкалой измерения, применяемых в повседневной жизни для измерения физической величины, например, барометр, термометр, часы.
Подробнее о работе:
В рамках исследовательской работы по физике о физических приборах проанализирована история и устройство солнечных часов и весов, рассмотрены исторические и теоретические сведения об измерении физических величин, проведены опыты по применению полученных знаний на практике.Материалы данного проекта по физике «Физические приборы вокруг нас » содержат собственные исследования автора по применению шкальных приборов для измерения физических величин в быту и их конкурентоспособности в отношении электронных измерительных приборов.
Введение
1. Простые физические приборы.
2. История термометра.
Заключение
Литература
Введение
Актуальность исследования: в 20 веке измерительными шкальными приборами могли пользоваться только профессионалы. Но с развитием науки и техники в повседневной жизни человека быстро нарастает количество электронных измерительных приборов: у мамы на кухне, у папы в гараже, в моем новом сотовом телефоне.
Гипотеза проекта: я предполагаю, что, хотя современные измерительные приборы в своем большинстве электронные, но шкальные приборы есть и будут.
Цель работы: систематизировать знания о школьных и других измерительных приборах, с использованием исторического и краеведческого учебного материала.
Задачи проекта
- Изучить дополнительную литературу по теме проекта
- Провести эксперименты, подтверждающие теорию
- Систематизировать теоретические знания и экспериментальные результаты
- Оформить мультимедийный продукт проекта
Простые физические приборы
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины.
В повседневной жизни: в быту или в школе мы встречаемся часто с самыми разными измерительными приборами
Все измерительные приборы объединяет одно общее свойство: у каждого из них имеется шкала.
Весы - это устройство для определения массы тел (взвешивания) по действующему на них весу, приближённо считая его равным силе тяжести. В качестве исторической справки можно отметить, что первые найденные археологами образцы весов относятся к V тысячелетию до н. э., применялись они в Месопотамии.
На представленном слайде можно увидеть самые разные весы, но в школе, на уроках, для определения массы физических тел мы используем рычажные весы, где на начальном этапе необходимо весы уравновесить, и помнить, что на левую чашку весов помещаем грузик, а на правую –гири, которые могут иметь меру как в граммах, так и в миллиграммах. Миллиграммовые гирьки малы по размерам и плоские по форме и поэтому для их использования приходится пользоваться специальным пинцетом.
В домашних же условиях пользуемся либо вертикальными пружинными весами для измерения масс до 15-20 кг, либо электронными весами (г, мг)
Безмен простейшие рычажные весы. Русский безмен (контарь, кантарь) - металлический стержень с постоянным грузом на одном конце и крючком или чашкой для взвешиваемого предмета на другом.
Уравновешивают безмен перемещением вдоль стержня второго крючка обоймы или петли, служащих опорой стержня безмена. «Ввиду несовершенства безмена и возможности злоупотреблений » применение безмена в торговле в СССР было запрещено, как запрещено и сейчас на территории РФ.
Первый простейший прибор для измерения времени- солнечные часы – был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет над.
А вот на набережные города Таганрога находятся настоящие солнечные часы, установленные в 1833 на Греческой улице у начала Каменной лестницы.
Они представляют собой циферблат, нанесенный на мраморную плиту (вес около 300 кг), которая укреплена на каменной 8-гранной тумбе строго параллельно плоскости горизонта.
Циферблат Солнечных часов необычен: размеченные на нем цифры вычислены по специальной формуле, помимо обозначения часов суток, даны корректирующие поправки на каждый месяц.
Роль указателя времени играет металлический треугольник, один из острых углов которого равен географической широте г. Таганрога - 47°12" с.ш.
Треугольник закреплен перпендикулярно циферблату так, чтобы его гипотенуза была направлена на «полюс мира »
Стрелкой Солнечных часов служит край тени, отбрасываемой треугольником на циферблат.
Раньше Солнечные часы показывали истинное местное солнечное время, и с помощью поправок, данных на циферблате, его можно было привести в соответствие с механическими часами.
Теперь эта точность утрачена. Солнечные часы изготовлены в тот период, когда не существовало понятие «декретного » времени. Мы сейчас живем по московскому времени, но Таганрог расположен юго-восточнее Москвы, и солнечный полдень наступает на 25 мин. раньше, чем в столице.
Сейчас часы представляют интерес как уникальный памятник.
По технике безопасности использование ртутных термометров в образовательных учреждениях запрещено, так как пары ртути опасны для здоровья человека
История термометра
Цельсий, Фаренгейт, Кельвин – кто был первым? Одним из первых изобретателей термометра был итальянский учёный Галилео Галилей. В 1603 году, он изобрёл прибор, даже отдалённо не напоминающий современный термометр, и назвал его термоскоп.
Прибор представлял собой стеклянный шар, заполненный наполовину водой, и выведенной из него стеклянной трубки. Трубка была поделена на деления, которые условно обозначали градусы, так как шкала ещё была не изобретена. Принцип работы такого "аппарата" был основан на изменении температуры и атмосферного давления.
Соответственно показания такого термометра были довольно таки относительны. И только в 1641 году был пущен в производство термоскоп, в котором в качестве термометрической жидкости, вместо воды был использован подкрашенный спирт. Такой прибор стало возможно использовать на улице при минусовой температуре.
В данном видео шары заполнены спиртом и вместо трубочки с делениями имеются диски со значением температуры.
В 1724 году немецкий учёный Габриэль Фаренгейт предложил использовать, для измерения температуры, одноимённую шкалу Фаренгейта. На основе данной шкалы, были пущены в производство ртутные термометры. Его шкала и сейчас используется в ряде стран, Соединённые Штаты Америки, Канаде и Ямайке.
Со временем приборы совершенствовались и изменялись визуально. В 1742 году шведский учёный Андреас Цельсий запустил в обиход свою шкалу, но его молодой ученик Мартин Стреммер, совсем немножко подкорректировал изобретение своего учителя перевернув данную шкалу, её то мы и привыкли видеть на современных термометрах.
В 1860 году английский учёный Уильям Кельвин разработал и предложил свою модель шкалы. Эта шкала и в наше время успешно используется учёными. Она очень удобна для проведения опытов в разных сферах науки, благодаря своим специфическим параметрам.
Итак, в ходе работы по физике над исследовательским проектом о физических приборах вокруг нас мы в очередной раз убедились в необходимости уметь применять шкалу, если надо использовать измерительный прибор.
Этот же алгоритм используется и для шкал других измерительных приборов. Например, для динамометров .
Обратите внимание
- на слайде слева изображены лабораторные динамометры кабинета физики, а справа уникальный динамометр, цена деления которого 0,001 Н/ дел. Таких динамометров нет ни в одной районной школе. И вы видите, что с помощью этого необыкновенного динамометра можно наблюдать взаимодействие молекул мыльного раствора.
Перед вами демонстрационный динамометр на нижний крючок которого подвешены 2 стандартных грузика по 100г, а значит действует 2Н; сверху на прибор также вниз действует еще 1Н. Те динамометр показывает 3 Н - значение результирующей сил, действующих вдоль одной прямой и в одном направлении.
Данный эксперимент дает возможность убедиться в том, что если вниз действует сила 3Н, а вверх 2Н, то динамометр, на который действуют эти силы, будет показывать 1Н, если силы направлены в противоположные стороны, то R = F1 - F2
То есть равнодействующая сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а её модуль равен разности модулей составляющих сил.
Итак: я уверена, что вы убедились в необходимости знать и уметь находить цену деления шкалы любого измерительного прибора, с целью верного снятия показаний и неважно где - в школе при выполнении лабораторной работы, или в домашних условиях, т.к. шкальные измерительные приборы не могут быть полностью замениться электронными.
термометром, часами, линейкой, мензуркой разной формы и конечно же самыми разными возможностями своих сотовых телефонов. Остальные приборы используются специалистами в определённых областях. Вот и получается, что если в 20 веке измерительными приборами пользовались только специалисты, то сегодня без приборов жизнь любого человека практически невозможна.
Заключение
1) Теоретическая значимость заключается в том, что систематизировались теоретические и практические знания и умения по определению цены деления шкального измерительного прибора; а также экспериментальным путем подтверждена теория определения равнодействующей силы.
2) Практическая значимость данного продукта заключается в том, что данную презентацию можно использовать на уроках физики 7 при изучении алгоритма по определению цены деления шкалы приборов и работы с рычажными весами, определения равнодействующей сил, а в 9 кл эту же тему в качестве повторения;
3) Достоинством данного проекта является интересный исторический и краеведческий материал в соответствии с заявленной темой.
Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет
Бачиев Кирилл Александрович
Руководитель проекта:
Требунских Татьяна Николаевна
Учреждение:
БОУ г. Омска «Средняя общеобразовательная школа №89»
В представленной исследовательской работе по физике "Домашний гигрометр" автор рассматривает понятие влажности воздуха, изучает ее виды и нормы, а также разрабатывает собственный проект по созданию домашнего прибора для измерения влажности воздуха в помещениях, гигрометра.
В процессе работы над исследовательским проектом по физике на тему "Домашний гигрометр" автором были сформулированы основные рекомендации для поддержания влажности воздуха в доме и классе согласно нормам.
В основе работы лежит идея создания прибора для измерения влажности воздуха, разработка алгоритма измерения и рекомендаций по нормализации влажности воздуха в жилом помещении.
В предложенном проекте по физике "Домашний гигрометр" автором были проанализированы положительные и отрицательные факторы влияния воздуха на самочувствие человека, а также предложены способы поддержания в помещении нормальной для здоровья среды.
Введение
1. Понятие влажности воздуха
1.1. Пониженная влажность воздуха
1.2. Повышенная влажность воздуха
1.3. Влияние влажности воздуха
1.4. Нормы влажности воздуха
1.5. Измерение влажности воздуха
1.6. Параметры относительной влажности и скорости движения воздуха
2. Моделирование гигрометра (алгоритм выполнения работ)
2.1. Алгоритм нанесения шкалы на гигрометр
2.2. Алгоритм действий контроля за влажностью воздуха.
2.3. Опыты
Заключение
Список литературы
Введение
Актуальность Очень часто я стал наблюдать, что в зимний период, когда работают батареи, мама ставит в комнатах воду в чашках, часто опрыскивает цветы, просто распыляет воду по дому. Говорит, что дома очень сухо, дышать тяжело, кожа сухая.
Но при всем этом, моя бабушка, которая живет в частном доме, постоянно ставит обогреватели со словами «чтоб дом просох », когда я у неё ночую, мне кажется, что постель слегка влажная и немного прохладно не так как дома.
Я заинтересовался, почему они так делают и узнал, что Влажность воздуха является важной составляющей физических явлений. Плохое самочувствие, быстрая утомляемость – первые признаки того, что в помещении, где вы живете, смещены показатели влажности.
Так как же найти золотую середину, как узнать когда воздух в квартире нормальный, а когда нет. Какова норма влажности воздуха в квартире? Ведь этот показатель действительно влияет на самочувствие. Зимой – воздух иссушается за счет централизованного отопления, летом зачастую влажность повышена. Как измерить влажность воздуха в квартире и привести ее к норме?
Предмет исследования - изменения влажности воздуха
Объект исследования - гигрометр
Цель: Создать прибор для измерения влажности воздуха, разработать алгоритм измерения и рекомендации по нормализации влажности в жилом помещении.
Задачи:
- Узнать о влажности воздуха и познакомиться с приборами для измерения влажности и нормами влажности.
- Смастерить домашний гигрометр.
- Замерить и проанализировать влажность воздуха в разных помещениях.
- Составить рекомендации по нормализации влажности.
Гипотеза: Если создать прибор для измерения влажности воздуха и следовать рекомендациям, то можно поддерживать в доме хорошую для здоровья среду.
Методы исследования:
- Изучить и проанализировать литературу по данной теме.
- Обобщить и сделать выводы. Провести опыты и наблюдения с использованием гигрометра.
Человеку ежедневно приходится сталкиваться с различными значениями и измерениями. Эти величины настолько вошли в наш быт, что некоторые философы толкуют об их влиянии на саму судьбу. Поэтому измерительный прибор является неотъемлемым атрибутом жизни каждого человека. Например, с утра нас будит будильник, который отмеряет время, затем мы смотрим на градусник, чтобы узнать температуру на улице, потом при помощи мерной ложки отмеряем определенное количество кофе и сахара, а в это время счетчик электрической энергии отмеряет затраченные нами киловатты. Таким образом, измерительный прибор постоянно имеет влияние на нашу жизнь, выступая в ней необходимым инструментом и орудием для достижения цели.
Виды и типы
Все инструменты подобного назначения подразделяются на виды в соответствии с теми измерениями, которые они производят. В некоторых случаях они даже получают аналогичное название. Поэтому при необходимости произвести определенный замер можно сразу определить прибор, который с этим справится лучше всего.
Цифровые измерительные приборы
Этот тип приборов отличается от своих собратьев способом подсчета и выдачи данных, который предполагает выведение цифрового значения. При этом стоит отметить, что данный метод проведения измерений отличается высокой точностью, поскольку не только позволяет точно откалибровать приборы, но и избежать погрешности при визуальном фиксировании значения.
Аналоговые измерительные приборыДанный тип устройств оснащается стрелочными указателями или специальной шкалой. При этом нужно отметить, что показания, полученные при помощи них, довольно точны, но имеют определенную погрешность. Ее обычно указывают прямо на шкале со значениями. Также существует такой вид этих устройств, который вообще не имеет шкалы, а показания таких приборов могут давать только положительный или отрицательный ответ. К ним относятся индикаторы, которые способны определить только наличие значения, а не его размер.
Измерительный прибор разрушающего контроля
Данный вид приборов создан с целью проводить измерения предельного значения физических свойств предметов. Поэтому после его применения исследуемый образец оказывается поврежденным. Например, после проведения измерений на излом, все детали, прошедшие проверку, будут поломаны. Именно поэтому измерительный прибор подобного принципа действия применяют только на производстве для исследования контрольной группы образцов большой партии изделий, чтобы определить их свойства и качество.
ВыводВ настоящее время для создания комфорта и уюта люди придумали огромное количество приборов измерения и контроля. Многие из них встроены в различную технику и предназначены для автоматизации определенных процессов. Однако существуют и настолько простые инструменты данного типа, что порой человек не придает им значения. К ним можно отнести самую обычную школьную линейку, с которой и начинается познание первого измерительного прибора.
Чтобы изготовить модель машины, мне пришлось выполнить более 20 различных операций. И почти половина их связана с измерениями. Интересно, существуют ли профессии, в которых вообще не нужно ничего измерять с помощью приборов. Я таких не обнаружил. Не удалось мне обнаружить и школьный предмет, при изучении которого не было бы необходимости в измерениях.
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, - говорил Д. И. Менделеев. - Точная наука немыслима без меры». Действительно, роль измерений в жизни современного человека очень велика.
В популярном энциклопедическом словаре дается определение измерению. Измерения – это действия, производимые с целью нахождения числовых значений, количественной величины в принятых единицах измерения. ¹
Значение измеряемой величины зависит от выбранной единицы измерения.
Измерить величину можно с помощью приборов. В повседневной жизни мы уже не можем обойтись без часов, линейки, измерительной ленты, мерного стакана, термометра, электрического счетчика. Можно сказать, с приборами мы сталкиваемся на каждом шагу.
Посещая кружок «Физика и мы», я познакомился с темой «Измерения – основа техники». Данная тема стала мне интересной, и я задался целью изучить глубже простейшие измерительные приборы, научиться их применять при измерении длины, площади фигур и объемов тел, чтобы использовать полученные навыки в конкретных ситуациях.
Я поставил перед собой задачи: собрать материал по теме, интересные факты, научиться измерять величины разными способами
II. Историческая справка.
Измерения люди делали с давних пор. В Древней Руси наши предки пользовались такими мерами, как пядь, локоть, аршин, верста, сажень. Эти единицы были связаны с размерами тела человека. Конечно, пользоваться такими единицами удобно – они всегда под рукой. Но с другой стороны у каждого был «свой аршин».
Пядь - это расстояние между вытянутыми большим и указательным пальцами руки (от 19 до 23 см).
Моя пядь составляет 16 см. Сколько пядей в длине моего рабочего стола? Измерив его, я узнал, что 8, а значит длина стола l = 128 см. Точные измерения с помощью измерительной ленты показали, что длина рабочего стола l = 126 см.
Как видно, что эта мера несовершенна. До сих пор бытуют выражения: «семи пядей во лбу», «сам с ноготок, а борода с локоток», «видеть на сажень сквозь землю», «от горшка три вершка», «сидишь, как аршин проглотил», «сам с вершок, а голова с горшок», «пять верст до небес и все лесом». Но все эти меры неточные. В 1790 году в Париже был принят декрет о введении единых мер длины и веса.
III. Способы измерения.
1. Измерение площади.
Почему подушка мягкая, а пол жесткий? Чтобы ответить на этот вопрос, надо научиться измерять площади.
Квадратик, сторона которого имеет длину 1 см, называется квадратным сантиметром.
Каждую из трех фигурок можно разрезать на семь таких квадратиков. Значит, площадь каждой из них S = 7 см².
Следующая фигура состоит из 15 квадратиков.
У данного прямоугольника длина равна l = 5 см, а ширина b = 3 см.
Чтобы вычислить площадь прямоугольника надо длину умножить на ширину S = l · b = 5 · 3 = 15 см².
Умея находить площадь прямоугольника, можно вычислять и площади других фигур.
Например, чтобы найти площадь «молоточка» не надо пересчитывать все квадратики. Можно разделить его на два прямоугольника; один из них имеет площадь S1 = 6 · 3 = 18 см², а второй S2= 2 ·8 = 16 см². Поэтому площадь всего «молоточка» S= S1 + S2 = 18 + 16 = 34 см ²
Если в прямоугольнике провести диагональ, то он разобьется на два треугольника. Они равны. Если один из них вырезать, его можно точно наложить на другой. Поэтому оба треугольника имеют одинаковую площадь, и площадь каждого из них в два раза меньше площади прямоугольника.
Площадь прямоугольника равна
S = l · b = 10 · 6 = 60 см².
Площадь треугольника равна
S = 60: 2 = 30 см².
Из этого легко сформировать общее правило вычисления площади прямоугольного треугольника S = l · b: 2.
Чтобы вычислить площадь прямоугольного треугольника надо произведение двух сторон, образующих прямой угол, разделить на два.
Если фигуру креста разрезать на 4 части, проведя две прямые, а потом переложить их, то можно составить квадрат.
Получается, что площадь квадрата равна площади креста – ведь они составляются из одних и тех же частей.
S= l · b = 6 · 6 = 36 см².
А как определить площадь фигуры сложной формы, например бабочки? Надо на нее наложить палетку.
Палетка- это прозрачная пленка, разделенная на одинаковые квадраты: это могут быть мм², дм², см².
Я сложил количество полных квадратов с половиной числа неполных квадратов. Всего: 160 + 62: 2= 191 (см²). Площадь бабочки примерно равна S = 191 см²
Конечно, в квадратных сантиметрах удобно вычислять небольшие площади.
Я измерил длину l и ширину b пола в школьном музее метром и вычислил площадь в см².
l= 582 см, b = 612 см, S= l · b = 582 · 612= 356184 (см²)
Зная площадь пола, я рассчитал, сколько надо купить краски для его покраски. В банке 0,8 кг или 800 г эмали. На этикетке написано, что на 1 м² площади, нужно 100 г краски. 1 м² = 10 000 см². Значит, 1 банкой эмали можно покрасить 80 000 см². Делю 356184 см² на 80 000 см² и получаю 4,45. Значит, 4 банки не хватит, чтобы покрасить пол в музее. А следует, надо купить 5 таких банок.
Для измерения больших площадей используют квадратные метры. Я измерил длину l и ширину b спортивной площадки в школе метром и вычислил площадь S.
l= 24 м, b = 29 м, S = l · b = 24 · 29 = 696 м².
Площади больших земельных участков, например, колхозных полей, измеряют двухметровым сажнем и выражают в га, еще больших территорий, например, площадь поверхности земли в квадратных километрах. Так, площадь поверхности земного шара вместе с морями и океанами составляет примерно 560 млн. км², площадь суши – примерно 140 млн. км².
Все тела давят на поверхности, на которой они находятся. Если лечь на деревянный пол, то голова будет соприкасаться с полом небольшой площадью. На эту площадь будет давить весь вес головы и на каждый см² участка будет приходиться большое давление. Такое же давление будет испытывать голова со стороны пола, и это будет чувствительно. А если лечь на подушку, то площадь её соприкосновения с головой будет больше – подушка приминается. Тот же вес головы распределяется на большую площадь и давление на голову со стороны подушки окажется меньшим. Поэтому пол жесткий, а подушка мягкая.
Определять площади должны уметь инженеры, строители, лесоводы и многие другие специалисты.
2. Измерение объема.
Как узнать, сколько крупинок пшена помещается в стакане?
Для этого надо поделить общий объем крупы на объем одной крупинки. Сначала научимся измерять объем тела.
В детской энциклопедии «Что такое. Кто такой» говорится: «Объем - величина, связанная с пространственными размерами тел».
Кубик, ребро которого имеет длину 1 см, называется кубическим сантиметром. Для измерения объема надо определить, какое количество кубиков помещается в теле.
То есть, как бы построить тело из одинаковых кубиков. Я решил узнать объем кубика Рубика и посчитал, сколько цветных кубиков в него входит. Я перемножил количество кубиков, входящих в его длину l, ширину b и высоту h.
¹Что такое. Кто такой. Том 2. Издательство «Педагогика – Пресс» Москва 1992, стр. 320
V = l · b · h , V = 3· 3 · 3 = 27 (см³)
Объем жидкостей и сыпучих тел часто измеряют в литрах и миллилитрах, а объем нефти в баррелях (159 л).
1 л = 1 дм³ = 1000 см³, 1 л = 1000 мл
Я решил рассчитать объем песочницы в детском садике и узнать, сколько ведер песка надо в неё засыпать, чтобы заполнить полностью. Для этого я измерил длину l, ширину b и высоту h песочницы измерительной лентой и перемножил полученные значения.
V= l · b · h , V= 240 · 300 · 28 = 2 016 000 (см³)
Чтобы определить количество ведер песка, надо разделить этот объем на объем одного ведра. Он равен 10 л или 10 000 см³.
Количество ведер = 2 016 000: 10 000 = 201,6 ≈ 202 ведра.
Чтобы засыпать песочницу на половину понадобится примерно 100 ведер.
А как измерить объем тела неправильной формы? Например, объем камня, ложки, металлического бруска.
Объем тела неправильной формы и объем жидкости измеряют с помощью мензурки.
Руководитель кружка нам объяснил. , что мензурка – это прозрачный сосуд с делениями, указывающими объем налитой в нее жидкости. Чаще всего мензуркой измеряют объем в миллилитрах (мл).
Чтобы измерить объем твердых тел с помощью мензурки надо провести следующий опыт. Сначала нальем в мензурку некоторое количество жидкости и измерим её объем, например 70 мл. Затем, опустим в мензурку тело. Объем жидкости увеличился и стал равен 90 мл. Чтобы найти объем погруженного тела, надо вычесть из объема жидкости с телом объем жидкости в мензурке, т. е. V= 90 – 70 = 20 (мл) или 20 см³.
Теперь я могу определить общий объем крупы в стакане. Для этого наливаю в него воды так, чтобы она заполнила промежутки между крупинками и с помощью мензурки этот объем определяю.
Чтобы определить объем одной крупинки шарообразной формы, надо знать её диаметр.
Существует два способа.
Первый называется методом рядов. Укладываю крупинки пшена в один ряд, плотно друг к другу и измеряю его длину. Она равна l = 20 мм. Считаю число частиц, их в ряду 10. Делю длину ряда на число частиц 20: 10 = 2 (мм). Значит диаметр крупинки равен 2мм.
Второй способ более точный. Измерения можно произвести штангенциркулем.
В энциклопедическом словаре юного техника есть определение этого прибора.
Штангенциркуль – это измерительный инструмент, применяемый в машиностроении. Он служит для измерений и разметки линейных размеров отверстий, валов и т. д. Действует он так: на металлической линейке (штанге), имеющей деления, нанесенные обычно через 1 мм, двигается рамка. Штанга оканчивается губками, и у рамки есть губки. Зажали деталь между губками рамки и штанги – и на штанге сразу виден размер¹. Итак, размер крупинки пшена равен 1,9 мм.
По результатам данных я пришел к выводу, что более точные измерения можно получить с помощью штангенциркуля. В технике измерения нельзя производить приблизительно или на «глазок».
Истинные значения всех величин можно получить с помощью измерительных приборов. Не зря их называют оружием науки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Занимаясь в школьной мастерской, я сделал разделочную доску, кораблик- буксир, машинку. Начал работу над кораблем-парусником. В процессе работы мне приходится знакомиться с чертежами и читать их. Все детали, выполненные мной, сначала измеряю с помощью линейки, метра, штангенциркуля. Считаю, что полученные навыки и умения помогают мне при решении занимательных задач по математике, на занятиях в кружках «Природа и фантазия», «Художественная обработка древесины» и не только в школе, а и в жизни.
Мне очень интересно было работать над этой темой. Есть кое-какие задумки и планы. В будущем хочу научиться измерять массу и температуру различных тел.