Как найти объем своего тела по физике

Оцените объём своего тела, если известно, что средняя плотность человека близка к плотности воды.

Введение

     «Человеческое тело — физическая структура человека, человеческий организм. Тело человека образовано клетками различных типов,  которые формируют органы, заполняют пространство между ними или покрывают снаружи. Тело взрослого человека образуют около тридцати триллионов клеток» [3]. Можно ли представить человеческое тело как математическую модель? А если можно, то возможно вычислить объем тела, узнать массу тела, вычислить плотность тела. Передо мною встала такая проблема: я не знаю, как представить  человеческое тело в виде математической модели и найти его плотность. Для меня данная тема актуальна, она была интересна для меня и для моей семьи.

      Целью работы является: построение математической модели тела, нахождение плотности и проведение сравнительной характеристики с таблицей плотностей.

     Задачи

1.Нарисовать математическую модель тела.

2. Вычислить объем своего тела, мамы и папы.

3.Измерить массы тел.

4.Найти плотности тел.

5.Сделать сравнительную характеристику с таблицей плотностей.

6.Сделать вывод.

     Гипотеза: я предполагаю, что плотность тел будет у всех одинаковая, так как каждое вещество имеет свою плотность. В ходе работы были использованы следующие методы исследования: сбор и анализ материалов, обобщение и сравнение. В учебниках математики, физики я не нашла информацию, как можно представить тело как математическую модель, найти плотность тела. Но  в учебнике физики 7 класса есть определение плотности вещества — это отношение массы тела к его объёму ρ=m/V.

       «За единицу плотности принимается плотность такого вещества, единица объема которого имеет массу, равную единице. Единицей плотности является 1кг/м3.» [1]Из источников в Интернете я узнала, что  плотность физического тела можно определить для того, чтобы узнать, утонет оно или нет. «Тело человека также можно отнести к физическим телам. Причем понятие «плотности» человеческого тела давно уже вошло в обиход. Так «крепко сбитого» человека обычно называют «плотным», а того, кто имеет противоположную конституцию тела – «рыхлым». [4] Как найти или рассчитать плотность какого-либо вещества? Для этого нужно знать объем тела и массу, и  полученные данные  подставляем в формулу и находим нужное нам значение.

      1 способ: Так как в основном человек состоит из жидкости, поэтому масса человека в килограммах численно равна объему его тела в литрах. Масса моего тела 50кг, тогда объем тела  50 литров=0,05м3, ρ=m/V=50/0,05=1000кг/м3.

      2способ: «Издревле люди создают фигуры идеального, в их представлении, тела. Так, взяв за эталон размер какой-либо определенной части тела в процентных отношениях, они рассчитывали объемы остальных.  В нашем случае мы ведем расчеты от размера окружности груди, который равен 100 см, тогда в идеале объем шеи должен равняться 38 см, бицепса, в напряженном состоянии – 36 см, бедра – 60 см, голени – 40 см, предплечья – 30,5 см, и талии – 75 см. Зная эти соотношения, можно рассчитать оптимальные для каждого человека размеры.»[5]

[5]

Находя, таким образом, объем тела и измерив массу при помощи весов по формуле ρ=m/V, найдем плотность.

     3 способ: «Налейте в ванну воды комфортной температуры. Погрузите в ванну человека, объем которого хотите измерить. Для точности измерений, конечно, желательно погрузиться с головой. В это время помощник должен аккуратно отметить уровень воды карандашом или смывающимся маркером прямо на ванне. Потом измеряемый человек осторожно выходит из ванны, уровень воды упадет. Теперь остается только посчитать объем воды, вытесненной телом при погружении. А это тот объем, который надо долить в ванну до карандашной отметки. Доливать воду можно с помощью бутылок и других емкостей известного объема.»[4] Находя, таким образом, объем тела и измерив массу при помощи весов по формуле ρ=m/V, найдем плотность. Эта плотность составляет  1070кг/м3. При написании этих способов я использовала методы: сбора и анализа материалов.

         Мой способ таков: Я представила человека как фигуру,  состоящую из геометрических фигур, и пришла к выводу, что можно найти объем тела, используя формулы математики, плотность человека, используя формулу ρ=m/V. При этом исследовании я использовала такие методы:    метод анализа, сравнения.

Основная часть

       1.Математическая модель человеческого тела.

Человеческое тело я представила как геометрическую фигуру. Голова-это шар, руки, туловище, ноги — это прямоугольные параллелепипеды. Вот что из этого получилось.

       2.Вычисление объёма, плотности тела

Я решила измерить объем, массу, плотность моего тела, маминого, папиного.

1.Объем, плотность, масса моего тела

Масса моего тела 50кг, плотность 50/0,049097=1018 кг/м3

        2. Объем, плотность, масса тела мамы

Масса мамы 85кг, плотность ρ = 1001 кг/м3

        3. Объем, плотность, масса тела папы

Масса папы 88 кг, плотность ρ = 1021 кг/м3

        3.Сравнительная характеристика плотности.

Я получила разные плотности: плотность папы 1021 кг/м3,  мамы 1001 кг/м3,  моя  1018кг/м3 и сравнила по таблице плотностей см. в приложении № 1. Оказалось, что плотность человека ближе всех подходит к плотности воды морской, это доказывает, что человек состоит из жидкости, и вот почему морская вода хорошо держит человека. Мной найденные плотности оказались не точными, так как средняя плотность человека 1070кг/м3.

Заключение

1.Нарисована  модель человеческого тела, с помощью шара, прямоугольных параллепипедов.

2.Вычислен объём моего тела, мамы, папы.

3.Найдена плотность тел.

4.Сделана сравнительная характеристика.

          Объём и плотность нашего тела,  возможно,  рассчитать математически, но следует учесть, что  такие расчеты будут относительными. Моя гипотеза не подтвердилась. Я нашла плотность тела, но я ожидала, что она у всех будет одинаковая, а оказалось, что у каждого человека она разная. Новизна моей работы заключается в том, что объём нашего тела,  находили, используя законы физики. Я попыталась найти объём, используя математику. Практическая значимость моей работы: на уроках математики в 5 классе при изучении темы: «Объёмы», интересно будет подсчитать объем нашего тела. Выполняя эту работу, узнала много нового для себя: как находить объём шара, что такое плотность, как ее вычислить, о существовании средней плотности человеческого тела примерно равной 1070кг/м3. Возможная область применения: предполагаю что, так как плотность у каждого человека разная, то может быть,  зная свою плотность можно поставить диагноз возможных заболеваний человека. Уже доказано, что снижается плотность тела человека из-за потери костной  массы, дефицита кальция, недостаточного питания, стрессов, в период интенсивного роста организма.

Список используемой  литературы

1.Перышкин А.В. Физика 7 класс «Дрофа», 2006.- 48с.

2.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Издательство «Наука»,1966.-122с

Список использованных источников информации

3.http://ru.wikipedia.org/                                                                                    4.http://www.KAKPROSTO.ru                                                                                                                 5.http://www.t-z-n.ru/prearch/do.thme                                                                             6.http://www.class-fizika.narod.ru                                                                                                      7.http: //www.habit.ru/35/179

Приложение№1

1.Таблица плотностей.[7]

ДНЕВНИК ИССЛЕДОВАТЕЛЯ

1. ВЫБОР ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Меня заинтересовала, можно ли представить человеческое тело как математическую модель? А если можно, то возможно вычислить объем тела, узнать массу тела, вычислить плотность тела. Передо мною встала такая проблема: я не знаю, как представить  человеческое тело в виде математической модели и найти его

СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

Прежде, чем приступить к работе, я изучила материал, расположенный в Интернете, и убедилась, что такой работы, какую делаю я, нет. Использовала информацию, представленную на сайтах:

1. http://ru.wikipedia.org/ 

2. http://www.KAKPROSTO.ru

3. http://www.t-z-n.ru/prearch/do.thme

4. http://www.class-fizika.narod.ru

5.http: //www.habit.ru/35/179

Изучила тему «Плотность» из следующих книг:

1.Перышкин А.В. Физика 7 класс «Дрофа», 2006.- 48с.

2.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Издательство «Наука»,1966.-122с

В представленных работах необходимого материала очень мало, следовательно,   тему, которую я взяла, в таком аспекте не рассматривали.

   3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В ходе работы были использованы следующие методы исследования: сбор и анализ материалов, и сравнение, обобщение.

4. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Я получила разные плотности: плотность папы 1021 кг/м3,  мамы 1001 кг/м3,  моя  1018кг/м3 и сравнила по таблице плотностей см. в приложении № 1. Оказалось, что плотность человека ближе всех подходит к плотности воды морской, это доказывает, что человек в большей степени состоит из жидкости, и вот почему морская вода хорошо держит человека. Мной найденные плотности оказались не точными, так как средняя плотность человека 1070кг/м3.

5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

В процессе исследования мной были изучены следующие способы нахождение плотности и объема: 1 способ: Так как в основном человек состоит из жидкости, поэтому масса человека в килограммах численно равна объему его тела в литрах. Масса моего тела 50кг, тогда объем тела  50 литров=0,05м3, ρ=m/V=50/0,05=1000кг/м3.

2способ: «Издревле люди создают фигуры идеального, в их представлении, тела. Так, взяв за эталон размер какой-либо определенной части тела в процентных отношениях, они рассчитывали объемы остальных.
В нашем случае мы ведем расчеты от размера окружности груди, который равен 100 см, тогда в идеале объем шеи должен равняться 38 см, бицепса, в напряженном состоянии – 36 см, бедра – 60 см, голени – 40 см, предплечья – 30,5 см, и талии – 75 см. Зная эти соотношения, можно рассчитать оптимальные для каждого человека размеры.»[5]

Находя, таким образом, объем тела и измерив массу при помощи весов по формуле ρ=m/V, найдем плотность.

3 способ: «Налейте в ванну воды комфортной температуры. Погрузите в ванну человека, объем которого хотите измерить. Для точности измерений, конечно, желательно погрузиться с головой. В это время помощник должен аккуратно отметить уровень воды карандашом или смывающимся маркером прямо на ванне. Потом измеряемый человек осторожно выходит из ванны, уровень воды упадет. Теперь остается только посчитать объем воды, вытесненной телом при погружении. А это тот объем, который надо долить в ванну до карандашной отметки. Доливать воду можно с помощью бутылок и других емкостей известного объема.»[4] Находя, таким образом, объем тела и измерив массу при помощи весов по формуле ρ=m/V, найдем плотность.  Эта плотность составляет  1070кг/м3.При написании этих способов я использовала методы: сбора и анализа материалов.

Мой способ таков: Я представила человека как фигуру,  состоящую из геометрических фигур, и пришла к выводу, что можно найти объем тела, используя формулы математики, плотность человека, используя формулу ρ=m/V. При этом исследовании я использовала такие методы:    метод анализа, сравнения.

1. ВЫВОДЫ

Выдвинутая мной гипотеза, что плотность тел будет у всех одинаковая, так как каждое вещество имеет свою плотность,  не подтвердилась. Я нашла плотность тела,  оказалось, что у каждого человека она разная.

1. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Данная работа может использоваться  на уроках математики в 5 классе при изучении темы: «Объёмы», интересно будет подсчитать объем нашего тела. Возможная область применения: предполагаю что, так как плотность у каждого человека разная, то может быть,  зная свою плотность можно поставить диагноз возможных заболеваний человека. Уже доказано, что снижается плотность тела человека из-за потери костной  массы, дефицита кальция, недостаточного питания, стрессов, в период интенсивного роста организма.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

«Eureka!» shouted the ancient Greek philosopher and mathematician Archimedes when he found a solution to the gnarly problem of measuring the volume of the king’s crown. The king wanted to know if the crown was made of pure gold, and to determine that, Archimedes needed to know its density, which requires a determination of the volume. Emerging from the bathtub, he went running through the streets in elation because he had just realized that the amount of water he displaced in the tub was equal to the volume of his body. He could use the same procedure to measure the volume of the crown.

Anyone can use Archimedes trick to measure the volume of their body, but there’s an even easier way. All you have to do is weigh yourself because the density of the average human body is a known quantity.

The Water Displacement Method

If you want to imitate Archimedes and measure the volume of water your body displaces in the bathtub, you need an accurate way to make the measurement. One way is to fill the tub to the brim, collect the water that overflows when you submerge yourself and transfer it to a graduated container. To make sure you collect all the water, you’ll probably have to construct a funnel or drain that directs water into a bucket rather than onto the floor.

A better way would be to draw a line on the side of the tub and fill the tub to that line. Make sure the line is high enough to allow you to immerse your entire body, including your head. When you’re underwater, have a helper mark the new water level. The distance between the lines is the depth of the water you displaced, and when you multiply this by the length and width of the tub, you get the volume of the water – and your body.

The Weight Method

If you’re an average human being, the density of your body is about 8.3 lbs/gal (1010 kg/m³), which is a little less than seawater but a little more than pure water. That’s why you float in the ocean but not in your bathtub. You can use this value for density to calculate the volume of your body as long as you know your weight. Here’s the procedure:

Get the most accurate results by weighing yourself before getting dressed.

Density «d» is defined as mass «m» divided by volume «V.»

d=frac{m}{V}

Solving for V, we find that:

V=frac{m}{d}

Use one of these conversion factors:

1 cubic meter = 264 U.S. gallons = 1,057 quarts = 33,814 ounces = 35.31 cubic feet.

​Example:​ Phil weighs 155 pounds. To calculate the volume of his body, divide by the average density of the human body in pounds per gallon: