Измерения и измерительные приборы своими руками. Проект школьника

ЮЖНОУРАЛЬСКАЯ - ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-СОЦИАЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ МОЛОДЕЖИ И ШКОЛЬНИКОВ «ШАГ В БУДУЩЕЕ. СОЗВЕЗДИЕ НТТМ»

_____________________________________________

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОРОДСКОЙ КООРДИНАЦИОННЫЙ ЦЕНТР НТТМ

«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЫ XXI ВЕКА»

 

 

 

 

 

 

Измерения и измерительные приборы своими руками

Реферативная работа

на Челябинский молодежный интеллектуальный форум

«Шаг в будущее – Созвездие НТТМ»

(секция №3 Мир математики)

 

 

 

 

 

 

Руководитель:

Зубова Надежда Владимировна,

учитель начальных классов, МАОУ «ОЦ №1»

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск – 2019

 

 

Состав работы

 

Вводная часть ....................................................................................................................3

Основной текст .................................................................................................................4

1. История измерительных приборов…………………...........................................4

2. Изготовление измерительных приборов в домашних условиях …..................5

Заключительная часть .......................................................................................................9

Список литературы .........................................................................................................10

Приложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вводная часть

 

Измерения - неотъемлемая часть современного производства. Только у нас в стране ежедневно выполняются несколько миллиардов различных измерений, которыми заняты миллионы человек. Уровень развития измерительной техники стал одним из важнейших показателей научно-технического прогресса.

С давних пор измерения служат основным источником объективной информации об окружающем мире. Получая с их помощью количественную характеристику физических объектов и явлений, ученые раскрывают действующие в природе закономерности.

Измерить - это значит найти с помощью специальных технических средств значение некоторой физической величины. При этом ее сравнивают с однотипной величиной, принятой за единицу. Выражаемое числом отношение этих величин есть результат измерения. Технические устройства, при помощи которых осуществляют это сравнение, называют средствами измерения. К ним относятся измерительные приборы.[13]

Еще в прошлом учебном году на уроках математики мы познакомились с некоторыми величинами такими, как время, длина, масса, температура. Тогда я заинтересовался с помощью, каких приборов смогу измерять величины дома. И мне захотелось приобрести некоторые измерительные приборы. Но так как многие приборы дорогостоящие, да и хотелось узнать прибор изнутри, понять способ действия прибора, решено было изготовить приборы в домашних условиях.

Цель нашей работы: изучить историю измерений времени, массы, температуры и влажности и смоделировать простейшие измерительные приборы из подручных материалов.

Для достижения цели нам необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить историю измерений различных величин;

2. Познакомится с устройством измерительных приборов;

3. Смоделировать некоторые измерительные приборы;

4. Проанализировать полученные данные, обобщить их и сделать выводы.

Объект: измерительные приборы.

Предмет: изготовление измерительных приборов в домашних условиях.

Методы исследования: описательный, сравнение, наблюдение, моделирование.

 

 

 

 

 

Основной текст

1. История измерительных приборов

Наука начинается с тех пор как начинают измерять.
Д.И. Менделеев

С давних пор люди сталкивались с необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы, температуру и другое.

Измерения нужны были и в строительстве, и в торговле, и в астрономии, фактически в любой сфере жизни. Очень большая точность измерений нужна была при строительстве египетских пирамид.

1.      Измерение массы.

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. [5]

Рисунок 1

2.      Измерение времени.

Солнечные часы были первым устройством для определения времени. В древности время узнавали также с помощью свечей и водяных часов, но все это было очень не точно.

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. [2]

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. [9]

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. [1]

4. Измерение влажности.

Кapдинaл Никoлac дa Кузa (1401-1464) был пepвым, ктo paзpaбoтaл пpибop для измерения влажности. Он вcтpeтилcя c этoй пpoблeмoй в тopгoвлe шepcтью. Пoкупaтeли шepcти быcтpo cooбpaзили, чтo oднo и тo жe кoличecтвo мoжнo пpoдaть пo бoльшeй цeнe вo вpeмя дoждливыx днeй. Пoэтoму, пpoдaвцы ждaли дoждeй, a пoкупaтeли cуxиx днeй. Для oпpeдeлeния cпpaвeдливoй cтoимocти, кapдинaл Никoлac дe Кузa изoбpeл пepвый инcтpумeнт для oпpeдeлeния coдepжaния влaги. Он иcпoльзoвaл вecы, пoлoжив бoльшee кoличecтвo шepcти нa oдну чaшу, a нa дpугую кaмни, paвныe шepcти пo вecу. Пpи кaждoй пpoдaжe, oн клaл тaкoe кoличecтвo дoпoлнитeльныx кaмнeй нa чaшу вecoв, чтo paвнoвecиe coxpaнялocь. Зaтeм пo кoличecтву дoпoлнитeльныx кaмнeй oпpeдeлялocь кoличecтвo жидкocти в шepcти. Пocлe этoгo пoкупaтeли и пpoдaвцы мoгли нaчaть дoгoвapивaтьcя o цeнe нa шepcть. Нeмeцкий мaтeмaтик Иoгaнн Гeнpиx Лaмбepт (1728-1777) пpeдлoжил нaзывaть любoй пpибop, измepяющий влaжнocть гидpoмeтpoм (пoзднee oн был пepeимeнoвaн в гигpoмeтp). [14]

 

2. Изготовление измерительных приборов в домашних условиях

 

Весы (рычажные)

Рисунок 2.

В своей работе я решил попробовать собрать простую модель чашечных весов, с помощью которой можно проводить взвешивание небольших предметов.

Я взял обычную вешалку, закрепил ее на подставке (пластиковой бутылке), к плечикам привязал контейнеры от киндер-сюрпризов. 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.

1 рубль – 2 грамма,     2 рубля – 4 грамма,      

5 рублей – 6 граммов, 10 рублей -6 граммов.

Опыт с весами

1 . Шкала весов

Используя разные монеты, нанес на лист бумаги отметки, соответствующие весу монеток

2. Взвешивание

1 чайная ложка манки равна 10 рублям

10рублей=6грамм, значит, 1 чайная ложка манки равна 6 граммам

Вывод: из простых предметов мы собрали весы, с помощью которых можно проводить взвешивание с точностью до 1-2 граммов. Весы удобны для измерения массы только маловесного продукта.

Водяные часы из пластиковых бутылочек

Рисунок 3

Для этого опыта мы использовали 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.

Опыт с часами.

Одна бутылочка заполнена подкрашенной водой, другая - растительным маслом. С помощью секундомера отсчитываем 1 минуту и маркером отмечаем на бутылке. Также проделываем в обратную сторону.

Вывод: у меня получились часы, с помощью которых можно определять промежутки времени от 30 секунд до 5 минут.

 

 

 

Водяной термометр (измерение комнатной температуры)

Рисунок 4.

Термометр можно собрать по простой схеме из нескольких элементов – бутылочка с подкрашенной жидкостью, трубочка, лист картона для шкалы

Схема изготовления самодельного прибора выглядит так:

1. В емкость (пластиковую бутылку) следует налить воду и медицинский спирт в пропорциях 1:1.

2. Затем в раствор нужно добавить несколько капель пищевого красителя. Краситель требуется для легкого определения изменений температуры. Важно, чтобы раствор заполнял бутылку до самых краев.

3. После этого в бутылку вставляется трубочка из пластика. Вставлять ее нужно осторожно, чтобы вода не выливалась.

4. Поднимаем верхнюю часть трубочки над горлышком, чтобы она выступала примерно на 10 сантиметров, другой конец не должен доставать до дна бутылки.

5. Устанавливаем трубочку правильно и фиксируем при помощи пластилина.

6. С боковой стороны к трубочке следует прикрепить полоску из белой плотной бумаги. Ее нужно разместить с тыльной стороны трубочки и прикрепить при помощи скотча.

7. Измерительный раствор также нужно долить в трубочку, доливать его следует при помощи пипетки. Важно добиться того, чтобы жидкость в трубке поднималась на высоту пяти сантиметров над горлышком бутылки.

8. Далее нужно в трубку добавить каплю растительного масла. Растительное масло предотвратит испарение измерительной жидкости и повысит срок службы самодельного термометра. [6]

 Опыт с термометром.

При повышении температуры вода расширяется и поднимается по трубочке вверх

При понижении температуры – вода сжимается и  опускается вниз.

 

 

 

Гигрометр (сосновая шишка)

Рисунок 5.

Как узнать, какая будет погода? Для этого можно использовать простейший самодельный гигрометр, изготовить который можно из сосновой шишки. Принцип действия этого гигрометра основан на том, что многие материалы изменяют свои размеры под действием влаги.

Сосновая шишка, изменяет свои размеры при изменении влажности воздуха, что можно использовать для предсказания погоды - при сухой, солнечной погоде воздух становится сухим и чешуйки шишки раскрываются, а если воздух влажный, приближается дождь, то чешуйки шишки закрываются, плотнее прижимаясь одна к другой.

Возьмем большую сосновую шишку и закрепим её с помощью пластилина на тарелке. Из картона вырежем шкалу, и закрепим её на тарелке. Возьмем проволоку тонкую рейку и приклейте её к одной из самых нижних чешуек шишки, как показано на рисунке - стрелка должна иметь возможность перемещаться в плоскости, параллельной плоскости вертикальной дощечки. К другой стороне рейки приклеим стрелку, вырезанную из картона.

Из бумаги вырезаем полоски и маркером пишем «Влажно», «Сухо». Когда влажность низкая, шишка будет раскрыта, мы прикрепляем «Сухо» туда, куда показывает стрелка. Когда влажность повышается, шишка закрывается и стрелка поднимается, в эту сторону прикрепляем карточку «Влажно».

Этот самодельный гигрометр - предсказатель погоды следует установить на открытом воздухе, например, за окном, но так, что бы на него не попадали прямые солнечные лучи. Чем ближе стрелка будет подходить к отметке «Сухо», тем больше будет вероятность наступления солнечной и сухой погоды. И наоборот, приближаясь к левой отметке шкалы «Влажно», прибор указывает на наличие повышенного количества водяных паров в воздухе, следовательно, скоро начнётся дождь. [12]

 

 

 

 

Заключительная часть

Когда наш предок – древний, но уже мыслящий человек попытался найти для себя пещеру, он вынужден был соразмерить длину, ширину и высоту своего будущего жилища с собственным ростом. А ведь это и есть измерение – сравнение неизвестной величины  с однородной ей величиной, принятой за единицу.

В наши дни этот познавательный процесс не обходится без  измерительных средств – приборов и мер. Нет ни одной области практической деятельности человека, где можно было обойтись без измерений:

ребенок появляется на свет, еще не имеет имени, но нам становятся известны его рост, вес, температура – уже в первые минуты жизни нам приходится сталкиваться с часами, весами, термометром.

каждое утро, выходя из дома, мы оцениваем температуру воздуха на улице, и одеваем при необходимости легкую или теплую одежду. [8]

В результате проведенного исследования, мы узнали, что

· измерить - это значит найти с помощью специальных технических средств значение некоторой физической величины;

· измерения - неотъемлемая часть современного производства. С давних пор измерения служат основным источником объективной информации об окружающем мире;

· в домашних условиях можно смоделировать простые приборы (весы, водяные часы, термометр, гигрометр), которые позволяют определять вес, температуру, влажность и заданные промежутки времени.

Цель нашей работы: изучить историю измерений времени, массы, температуры и влажности и смоделировать простейшие измерительные приборы из подручных материалов, достигнута.

Практическая значимость работы: 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

Узнавать влажность в помещении и на улице.

В будущем мы планируем изучить и изготовить более сложные измерительные приборы, и исследовать их действие в практике.

 

 

 

Список литературы

1.«Большая книга знаний» 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.С.А.Шабалин. Измерения для всех. Автор: Сергей Алексеевич Шабалин.
(Москва: Издательство стандартов, 1991)

6.Сидорина Т. Большая книга эрудита. Науч.- поп. издание для детей М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2006.

7.Энциклопедия "Всё обо всём", Москва, Арт-Пресс, 1999

8.Энциклопедия "Что такое? Кто такой?", том I, Москва, "Просвещение", 1989.

9.Энциклопедия Кирилла и Мефодия, Мультимедийная энциклопедия Формат: ISO, 2013.

10.Интернет – сайт «Занимательная-физика.рф» http://afizika.ru/

11.Интернет-сайт «Часы и часовое дело» http://inhoras.com/

12.Интернет-сайт «Брать ли зонтик » http://the-mostly.ru/misc/should_we_have_an_umbrella.html

13.Интернет-сайт «Измерения» http://www.freshdesigner.ru/bookstehnik-075.htm

14. Интернет-сайт «История гигрометра» https://prog.bobrodobro.ru/102141

 

                                   

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru