Исследовательская работа ученика

Научно­исследовательский работа «Как законы механики помогают на уроке физкультуры» Содержание 1.Введение………………………………………………………………………… 2.1.Биомеханика…………………………………………………………………… 2.2.Биомеханические характеристики…………………………………………… 3.1.Практическая часть работы…………………………………………………… 3.2.Исследование №1…………………………………………………………….. 3.3.Сила трения……………………………………………………………………. 3.4.Исследование №2……………………………………………………………… 3.5.Технически правильное выполнение броска мяча…………………………... 4.Заключение……………………………………………………………………….. 5.Рекомендации…………………………………………………………………….. Введение: На уроках физкультуры мы не часто задумываемся над связью спорта и науки  и выполняем упражнениям по правилам и инструкциям учителя . Физкультура и физика –взаимосвязанные предметы и если мы сможем  правильно применять и связывать законы физики с физическими  упражнениями, то сможем добиться более успешных результатов ,за более  короткий промежуток времени и с меньшей затратой энергии ,для этого мы  поставили: Цель: выявить связь между предметами и доказать , что применение законов  физике на уроках физкультуры улучшит результаты учащихся , составить  рекомендации для спортсменов по улучшению показателей в определенном  виде упражнений. Задачи: 1.Изучение научной литературы по проблеме исследования 2.Выбор метода исследования и его проведение 3.Анализ проведенных исследований 4.Подведение итогов Перед тем, как приступить к исследовательской работе мы изучили научную  литературу по физике(биомеханика) и физической культуре(броски  баскетбольного мяча  в кольцо и бег с низкого и высокого старта) Механика человека есть новый раздел механики, изучающей  целенаправленные движения человека. Биомеханика — раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и  методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в целом, а также происходящие в них механические  явления. Биомеханические характеристики тела человека и его движения Исследуя движения человека, измеряют количественные показатели  механического состояния и двигательной функции его тела и самих движений. Иначе говоря, регистрируют биомеханические характеристики тела (размеры,  пропорции, распределение масс, подвижность в суставах и др.) и движений  всего тела и его частей (звеньев). Биомеханические характеристики – это меры механического состояния  биосистемы и его изменения (поведения). Кинематические характеристики Кинематика движений человека определяет геометрию (пространственную  форму) движений и их изменения во времени (характер) без учета масс и  действующих сил. Она дает в целом только внешнюю картину движений.  Причины же возникновения и изменения движений (их механизм) раскрывает  уже динамика. Кинематические характеристики тела человека и его движений – это меры  положения и движения человека в пространстве и во времени:  пространственные, временные и пространственно ­ временные. Пространственные характеристики Пространственные характеристики позволяют определять положения,  например исходное для движения и конечное (по координатам), и движения  (по траекториям). Движения человека можно изучать рассматривая его тело (в зависимости от  поставленных задач) как материальную точку, как одно твердое тело или как  систему тел. Тело человека рассматривают как материальную точку, когда перемещение  тела намного больше, чем его размеры (если не исследуют движения частей  тела и его вращение). Тело человека изучают как систему тел, когда важны ещё и особенности  движений звеньев тела, влияющие на выполнение двигательного действия. Поэтому, определяя основные пространственные характеристики движений  человека (координаты и траектории), заранее уточняют, к какому  материальному объекту (точке, телу, системе тел) приравнивают в данном  случае тело человека. Временные характеристики Временные характеристики раскрывают движение во времени: когда оно  началось и закончилось (момент времени), как долго длилось (длительность  движения), как часто выполнялось движение (темп), как они были построены  во времени (ритм). Пространственно ­ временные характеристики По пространственно­временным характеристикам определяют, как  изменяются положения и движения человека во времени, как быстро человек  изменяет свои положения (скорость) и движения (ускорение). Кинематические характеристики дают возможность сравнивать размеры тела  и его звеньев, а также кинематические особенности движений у разных  спортсменов, От учета этих характеристик во многом зависит  индивидуализация техники спортсменов, поиск оптимальных именно для них  особенностей движений. Применительно к биомеханике законы кинематики  действуют в полном объеме Динамические характеристики: Все движения человека и движимых им тел под действием сил изменяются по  величине и направлению скорости. Чтобы раскрыть механизм движений (причины их возникновения и ход их изменений), исследуют динамические  характеристики. К ним относятся инерционные характеристики (особенности  тела человека и движимых им тел), силовые (особенности взаимодействия  звеньев тела и других тел) и энергетические (состояния и изменения  работоспособности биомеханических систем). Инерционные характеристики раскрывают, каковы особенности тела человека и движимых им тел в их  взаимодействиях. От инерционных характеристик зависит сохранение и  изменение скорости. Рассматриваются особенности тела человека и  движимых им тел (понятие об инертности, масса тела, момент инерции тела). Силовые характеристики Известно, что движение тела может происходить как под действием  приложенной к нему движущей силы, так и без движущей силы (по инерции),  когда приложена только тормозящая сила. Движущие силы приложены не  всегда; без тормозящих же сил движения не бывает. Изменение движений происходит под действием сил. В этом и заключен  смысл второй части первого закона Ньютона об изменении движений под  действием приложенных сил. Иначе говоря, сила не причина движения, а  причина изменения движения; силовые характеристики раскрывают связь  действия силы с изменением движений (сила и момент силы, импульс силы и  импульс момента силы). Энергетические характеристики При движениях человека силы, приложенные к его телу на некотором пути,  совершают работу и изменяют положение и скорость звеньев тела, что  изменяет его энергию. Работа характеризует процесс, при котором меняется  энергия системы. Энергия же характеризует состояние системы,  изменяющееся вследствие работы. Энергетические характеристики показывают, как меняются виды энергии при движениях и протекает сам  процесс изменения энергии (работа силы и ее мощность, механическая  энергия тела). В человеческом теле около 70 звеньев, но для биомеханического  моделирования чаще всего достаточно 15­звенной модели человеческого тела  (например, голова, бедро, стопа, кисть и т.д.). Зная, каковы массы и моменты  инерции звеньев тела и где расположены их центры масс, можно решить  многие задачи биомеханики. Простой пример применения этой теории. Фигурист может заставить себя  вращаться быстрее, обнимая себя руками, или медленнее, расставляя руки в  стороны. Во втором случае масса тела остается постоянной, но увеличивается радиус инерции и, следовательно, момент инерции и общая инертность тела. Исследование №1­зависимость скорости бегуна от силы трения Силы трения Абсолютно гладких поверхностей опоры практически не существует. Между  телом человека и опорой при движении по ней всегда возникает трение. Сила трения – это мера противодействия движущемуся телу, направленного  по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сила трения считается  равной произведению нормального давления на коэффициент трения. Это справедливо для трения скольжения, когда одно тело перемещается  относительно другого, не теряя контакта с ним, скользит по нему. Сила  трения в этом случае динамическая. Если тело не может скользить, т.е. сила  трения удерживает тело в неподвижности, то такая сила трения называется  статической (или сила трения скольжения покоя). По третьему закону  Ньютона статическая сила трения равна сдвигающей силе. Предел, до которого может увеличиваться статическая сила трения,  называется предельной силой трения скольжения покоя. Она равна  произведению нормального давления на статический коэффициент трения  скольжения. Следовательно, статический коэффициент трения скольжения  равен отношению статической силы трения скольжения (предельной) к силе  нормального давления, или отношение сдвигающей силы к прижимающей. Второй вид трения ­ трение качения, когда точки соприкосновения тел всё  время сменяются. Механизм трения качения объясняется деформацией  соприкасающихся тел. Коэффициент трения качения вычисляют как  отношение момента движущей силы к моменту трения. Трение верчения ­ когда между трущимися телами имеется неподвижная  точка и движение, соответственно, происходит вокруг этой точки (например,  при метании молота, вращение метателя на шипе на подошве обуви). Сила трения зависит, главным образом, от двух факторов. Одним из них  является масса одного предмета, приложенного к поверхности другого. При  этом, чем больше масса (а точнее физически – вес), тем выше сила трения. Вторым фактором, влияющим на силу трения, является качество двух  соприкасающихся поверхностей: чем грубее поверхности, тем сила трения  больше. При использовании на уроках физкультуры кроссовок , не предназначенных  для бега , сила трения минимальна , поэтому ученики в таких кроссовках не  достигнут высоких результатов , следуя из чего мы сформулировали вывод: Вывод: при беге нужно использовать профессиональную обувь (шиповки), так как шипы на подошве цепляются за покрытие и позволяют бегущему  развивать большую скорость. Подошва не проскальзывает, и силы бегуна не  тратятся на лишние движения. Исследование №2­броски мяча в корзину Техника некоторых видов бросков во многом сходна с передачами. Главное  различие заключается в быстроте полета мяча, его траектории и степени  вращения. Основное значение при бросках имеет точность, которая зависит от целого  ряда причин и прежде всего от технически правильного и постоянно  одинакового выполнения броска, от вращения и траектории полета мяча. Вращение мяча.  Вращение мяча вокруг горизонтальной оси придает ему прямолинейность  полета, в то время как боковое вращение заставляет мяч отклоняться в  сторону, поэтому его применение весьма ограничено. Мяч, брошенный с  обратным вращением, попадая в край кольца, «срезается» и падает в корзину;  при полете без вращения или с поступательным вращением он может  отскочить. То же самое происходит при ударе о щит. Траектория полета мяча.  Путь мяча от точки его вылета до центра кольца называется траекторией  полета мяча. Видов траекторий может быть бесконечное количество. На рис.  14(Приложения №1) показаны основные виды траекторий. Первая траектория самая короткая, но тем не менее она невыгодна, так как  слишком пологая: мяч входит в корзину, имея почти горизонтальное  направление полета, ввиду чего больше половины кольца закрыто передней  частью обода. Вторая траектория более навесная, благодаря чему мяч легче попадает в корзину. Правда, путь мяча увеличивается, что отражается на точности  попадания. Третья траектория самая навесная, мяч падает почти отвесно, ввиду чего ему  открывается большая часть кольца, однако значительное увеличение пути  мяча снижает точность попадания. Из характеристики разных траекторий полета видно, что наиболее  благоприятной является вторая (средняя), поэтому в большинстве случаев  целесообразно бросать мяч именно с такой траекторией полета. Значение ориентиров.  Если игрок находится в нескольких метрах от стойки, против щита или под  углом к нему не меньше 45°, то выгодней бросать мяч непосредственно в  корзину стремясь перебросить мяч через передний край корзины. Передний  край корзины, на который необходимо смотреть, при броске является лучшим ориентиром, так как он всегда находится на одной высоте и ясно виден. В  результате бросков с постоянной точкой прицеливания повышается меткость.  Находящийся сзади корзины щит является хорошим фоном. Фон еще  улучшается на открытых площадках, если сзади щитов есть деревья. Когда  игрок оказывается к щиту под углом, меньшим 45°, то ориентировка на  корзину ухудшается потому, что щит уже теряет значение фона, и тогда  становится целесообразней бросать с отражением от щита. В зависимости от  угла, под которым происходит бросок, точка касания мячом щита будет  всегда изменяться, что усложняет расчет броска. При крайнем боковом  положении игрока (меньше 10°) использовать щит уже нельзя, и, несмотря на  трудность ориентировки, следует бросать прямо в корзину. В  непосредственной близости от щита (2—3 м) выгодней бросать с отскоком от  щита, особенно находясь в движении. Неточность броска корректируется  мягким ударом о щит, благодаря чему легче попасть в корзину. Однако необходимо всегда учитывать индивидуальные особенности игроков и в случае надобности допускать отклонения от приведенных указаний. Сначала ученики бросали мяч в корзину четко прицеливаясь и  результаты были отрицательными , но когда мы рассказали им о роли  места , с какого будут бросать мяч , о его траектории, после чего ученики  забрасывали мячи еще раз и после этого мы сравнили результаты первой  и второй попыток Вывод: если знать о вращении , траектории полёта мяча и об ориентирах ,  применяя эту теорию на практике , то результаты во многом улучшатся и выполнять упражнение станет намного легче, так как в бросании мяча мы  поняли , что законы физики имеют в этом упражнении большое значение. Заключение При изучении законов физики, которые связаны с физическими  упражнениями, мы применили их на уроке физической культуры и выявили,  что знание законов физике сильно влияет на наши результаты на уроке ,  поэтому наша гипотеза подтвердилась и теперь мы можем дать рекомендации  по выполнению рассмотренных в работе упражнений на основе проводимых  исследований. Рекомендации: 1.Для достижения наилучшего результата при беге на короткой дистанции  необходимо использовать шиповки. 2.1. . Если игрок находится в нескольких метрах от стойки, против щита или  под углом к нему не меньше 45°, то нужно бросать мяч непосредственно в  корзину ,стараясь перебросить мяч через ее край. . Когда игрок оказывается к  щиту под углом, меньшим 45°, то ориентировка на корзину ухудшается и  тогда нужно бросать с отражением от щита. При крайнем боковом положении  игрока (меньше 10°) следует бросать прямо в корзину. В непосредственной  близости от щита выгодней бросать с отскоком от щита, особенно находясь в  движении.  2.2. Перед броском рассчитайте примерно траекторию мяча , по которой  вероятность попадания будет велика. 2.3. Мяч с поступательным вращением и без вращения может отскочить,  поэтому старайтесь применять вращение мяча вокруг горизонтальной оси и  обратное вращение Список используемой литературы 1. «Наука и спорт. Сборник обзорных статей»(1982 г./переводчик – Э.Мартиросов(ориг.­ «Exercise and Sport Sciences Reviews»)) 2. «Биомеханика и физиология движений»(1997 г./Н.А. Бернштейн) 3. «Биомеханика двигательной деятельности»(2011 г./Г.И. Попов) 4. «Баскетбол»(2002 г./В.Кузин ,С.Полиевский) 5. «Бег на средние и длинные дистанции»(1983 г./А.Н. Макаров) 6. «Физическая культура»(В.М. Яковлевич) Приложения №1