Математика на службе экологии

КГБПОУ «Техникум горных разработок имени В.П. Астафьева»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Секция:

Математические, естественные и общетехнические дисциплины

 

 

Исследовательская работа

 

«Математика на службе экологии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил работу: Понарцев Кирилл, гр. 35 «э»

 

Руководители:   Шкурина Н. А.

Шахтурина Л. И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п. Ирша

2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение	3
Лесная математика	4
Математика предупреждает: “Вода – основа жизни”	5
Экология транспорта. Чистый воздух – залог здоровья	6
Почва - наше богатство	7
Заключение	10
Список используемой литературы	11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В данной работе раскрываются вопросы о том, что происходит с экологией на нашей планете. Показано практическое применение математики в вопросах экологии окружающей среды.

Математика на службе у экологии. Великая книга природы написана математическими символами (Галилео Галилей). В начале третьего тысячелетия вступило в новую эпоху своих взаимоотношений с окружающей средой - «эпоху, когда  людям, для того, чтобы выжить, приходится начинать думать по-иному, чем до сих пор» Если мы в ближайшем будущем не научимся бережно относиться к природе, мы погубим себя. Чтобы этого не произошло, необходимо воспитывать экологическую культуру человека с раннего возраста.

Математика – один из предметов, который, на первый взгляд, мало связан с экологией, а между тем эти науки тесно переплетаются. Как и все другие науки, математика возникла из практической потребности людей. Целые разделы математики создаются для анализа явлений природы и для решения технических задач.

"Воздух – наш отец. Вода – мать. Земля – дом. Роса – национальное сокровище. Настало время осознать каждому, что мы живем в озоновом одуванчике. А мы взрываем его ранимую оболочку, стираем пыльцу, смахиваем нежные тычинки лесов. Птицы и звери, цветы и деревья взывают к человеку: сбереги, сохрани, где стоишь, где живешь – на расстоянии взгляда и голоса, хотя бы на расстоянии вытянутой руки! И твое активное личное пространство, помноженное на миллионы, станет охраняемым пространством Отечества…”Для жизни человеку нужны чистый воздух, качественная вода, незараженная почва, растения, энергетические ресурсы и другое, но с развитием цивилизации вредное воздействие людей на природу становится угрожающим для нее. Может ли математика помочь экологии?

Экологические проблемы возникли не сегодня. Но в наши дни ситуация резко ухудшилась: каждую минуту на планете исчезает 23га леса и 9 биологических видов.

Поэтому, обращая пристальное внимание на экологию, человек пытается, прежде всего, сохранить самого себя. Но, спасая себя, необходимо спасти природу.

Однако без изменения сознания человека все планы спасения природной среды останутся лишь благими пожеланиями. Поэтому, я считаю, одной из важных задач является формирование экологического сознания. Это не только любовь и бережное отношение ко всему живому, но и чувство личной ответственности за то, что происходит вокруг, потребность действовать.

Математика создает условия для реализации умения давать количественную оценку состоянию природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природном и социальном окружении.

В своей работе попытаюсь раскрыть вопросы о том, что происходит с экологией на нашей планете, показать практическое применение математики в вопросах экологии окружающей среды.

 

Объект исследования: исследование влияния автомобильного транспорта, бытовых отходов на окружающую среду; сохранность леса; экономия воды в бытовых условиях.

Предмет исследования: транспорт, бытовые отходы, бумага, вода.

Методы исследования: сравнение, обобщение, аналогии, изучение литературных и Интернет - ресурсов, анализ и классификация информации.

Цель исследования:

Может ли математика помочь в решении экологических проблем.

Гипотеза:

Предполагаем, что математика напрямую связана с экологией.

 

Задачи:

1. Выполнить практические исследовательские работы.

2. Дать количественную оценку состоянию природных объектов и явлений,

положительных и отрицательных последствий деятельности человека.

3. Показать практическое применение математики в вопросах экологии

окружающей среды.

 

Актуальность и практическая значимость проводимого исследования заключается в том, что экологические проблемы приобрели первостепенное значение в мире и возникла необходимость вовлечения и нас, подрастающего поколения, для их решения.

«Раньше природа страшила человека, а сейчас человек страшит природу» - так сказал французский океанолог Жак Ив Кусто.

С нашей планетой произошла беда, ее здоровью угрожает опасность.

 

Признаки грозной беды:

1. Вырубка лесов.

2. Дефицит пресной воды.

4. Загрязнение воздуха.

5. Загрязнение почвы.

6. Накопление мусора.

 

ЛЕСНАЯ МАТЕМАТИКА

 

Что происходит с лесами на нашей планете?

Лес - это не только украшение земли. Это ценнейшее сокровище нашей природы. Лес необходим для строительства сел и городов, фабрик и заводов, гидроэлектростанций. Производство  бумаги и кинопленки, искусственного волокна и мебели, музыкальных инструментов и спортивного инвентаря не может, обойдись без древесины. Древесина служит сырьем для получения ценных химических продуктов: спирта, кислот, канифоли. Высококачественный лес охотно покупают другие страны. Деревья - бесценная часть окружающей среды. Деревья не только поглощают  углекислый газ и выделяют кислород. Они «работают» как фильтры, очищая воздух от сажи и пыли, болезнетворных микробов. Продолжительность жизни у различных видов деревьев не одинакова. Осина живет сравнительно недолго – менее 100лет. Возраст ели может достигать 600лет. Как и все живое, деревья умирают от возраста и болезней.

Ученые мирового сообщества признают исчезновение лесов одной из самых серьезных экологических проблем.

Примерно 10 тысяч лет назад на земном шаре шумели дремучие леса. Их площадь составляла 60 миллионов квадратных километров. Некогда обширные лесные пространства заметно поредели. В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет 42 миллиона квадратных километров.

В последние годы площади вырубленных и сгоревших лесов в 7 раз превышают площади территорий, где посадили новые деревья.

Каждый год вырубается примерно 400 тыс.кв. км леса. 125миллионов деревьев вырубается для производства бумаги.

Бумажная промышленность является одним из главных потребителей древесины, которая расходуется на изготовление учебных и письменных принадлежностей.

 

Задача: Рассчитать, сколько леса потребуется на изготовление всего тиража учебника математики.

Решение: Размер одной страницы учебника 14,5см на 21,5см, т.е. площадь 312см². В учебнике 580 страниц или 290листов, значит площадь всех страниц учебника 312*290=90480см² или 9,048м²_.

На 1000м² нужно вырубить 1/4га =2500 кв. м. деревьев. Значит на производство одного учебника требуется 22,62м² деревьев.

На весь тираж в 30000 экземпляров требуется примерно 68га.

Мое внимание привлекло обычные корзины для мусора, которые есть в каждой аудитории. За один день в мусорный корзине накапливается изрезанной, измятой, исписанной бумаги примерно на одну простую тетрадь.

Какое количество тетрадей необходимо иметь для успешной учебы в году среднестатистическому студенту. С этой целью были задан следующий вопрос студентам:

Какое количество общих тетрадей необходимо иметь для занятий в течение года?

Часть тетрадей покупается зря, то есть нерационально тратятся бумага, следовательно, и все природные ресурсы, необходимые для ее производства, и, конечно, нерационально тратятся деньги из семейного бюджета.

 

Студентам было предложено ответить на вопрос:

Как вы используете оставшиеся тетради?

Предлагалось 5 вариантов ответов:

а) оставляем на следующий учебный год;

б) используем для черновиков;

в) отдаем младшим братьям или сестрам для рисования;

г) используем в неординарных целях;

е) сдаем на макулатуру.

 

Было опрошено 100 студентов. Получили следующие результаты:

Вариант а - оставляем на следующий учебный год - 25

Вариант б - используем для черновиков - 30

Вариант в - отдаем младшим братьям или сестрам для рисования - 10

Вариант г - используем в неординарных целях - 25

Вариант е - сдаем на макулатуру - 10

 

Мое внимание привлекло обычные классные корзины для мусора, которые есть в каждой аудитории. За один день в мусорный корзине накапливается изрезанной, измятой, исписанной бумаги примерно на одну простую тетрадь. За учебный год – 1980 тетрадей. Одна простая тетрадь весит 27г, следовательно, вес этих тетрадей составляет - 53кг.

Известно, что 20кг макулатуры сохранит одно дерево. Таким образом, только наши студенты могут сберечь за год 2 -3 дерева, если не будут выбрасывать тетради в мусорные урны.

Учитывая то, что в нашем техникуме есть профессия штукатур-маляр, я предлагаю  один из способов сохранения бумаги - изготовление жидких обоев. 

«Жидкие» обои – экологически чистый и безопасный отделочный материал используется в жилых и общественных помещениях для стен и потолков, не имеет запаха и пыли, легок в нанесении.

Для них подходят газеты, старые книги, глянцевые журналы, офисные листы, картон от ненужной техники и даже яичные лотки (для лучшей вязкости некоторые добавляют и туалетную бумагу).

Расход бумаги на жидкие обои вполне приемлемый. К тому же бумага — максимально безопасный материал. Из достоинств такого метода — дешевизна.

Из 1 кг бумаги + 7 литров воды, получается  8 кг массы, которую можно нанести на 3-7 квадратных метра стены. Когда купленные в мешках или ведрах жидкие обои достигают от 360 до 2000 тысяч рублей в цене.

 

МАТЕМАТИКА ПРЕДУПРЕЖДАЕТ: «ВОДА – ОСНОВА ЖИЗНИ»

 

В мире в наши дни одна из острых проблем - нехватка чистой воды. Все мы используем воду, поэтому на нас лежит и ответственность за ее охрану от загрязнения и экономию. Морями и океанами покрыто около 70% земной поверхности, а на пресную воду приходится всего лишь 2% от всего объема водных запасов планеты.

А сколько же нужно человеку воды каждый день? В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смывания нечистот в канализацию и поливки сада и огорода. В среднем в мире каждый городской житель расходует до 200л воды ежедневно.

Качественно чистой воды на Земле не хватает.

Представьте, если каждый человек сэкономит в день хотя бы 1л воды, а в мире 7 млрд. человек, значит экономия в день 7000000000л воды по всему миру.

Если семья сэкономит хотя бы 20% водопроводной воды от того объема, которым  обычно пользуется, то за год  такое  количество воды может образовать озеро диаметром 200м и глубиной 2метра.

Чрезмерное расходование приходится уже на подсознательном уровне. Ведь нет никакой необходимости открывать кран на половину или даже больше, ради того, чтобы умыться или помыть руки. Пока нет проблемы с водой, и стоит она относительно недорого - люди будут лить ее тоннами.

 

Подсчет потерь воды, подтекающей из крана

 

Цель: измерить и подсчитать объем воды, которая подтекает из крана, за разные промежутки времени.

Оборудование: мерный стакан на 50—100 мл, секундомер или часы с секундной стрелкой.

Ход работы

1.Так как у меня в квартире все краны исправны, то я кран отрегулировал так, чтобы за 2,5 мин набегало около 50 мл воды: это ускорило дальнейшие расчеты.

2. Подставил мерный стакан под кран и засек время, за которое наберется 50 мл.

3. Рассчитал, сколько воды утечет за час, сутки и за год.

Задача: Сколько расходуется воды, если кран неисправен, за час, сутки и за год?

Решение:

2,5 мин набегало около 50 мл

За час: 60мин*50/2,5= 1,2л

За сутки: 24ч*1,2=28,8л

За год: 360*28,8=10368л

 

Подсчет потерь воды при незакрытом кране

 

Цель: измерить объем воды, которая вытекает из незакрытого крана за минуту.

Оборудование: литровые банки (2 шт.), часы с секундной стрелкой, ведро.

Ход работы

1. Подставил под струю воды банку и засек время, за которое она наполнилась.

2. Измерьте объем воды, вытекшей за минуту.

4. Подсчитайте, сколько воды тратится напрасно за день.

3. Рассчитал, сколько воды утечет за час, сутки и за год.

 

Задача: Сколько расходуется воды, если кран исправен, но не закрыт, за час, сутки и за год?

Решение:

1 мин набегало около 3000 мл

За час: 60мин= 180 л

За сутки: 24ч*180=4320 л

За год: 360*4320 =1555200 л

 

ЭКОЛОГИЯ ТРАНСПОРТА. ЧИСТЫЙ ВОЗДУХ – ЗАЛОГ ЗДОРОВЬЯ

 

Сегодня в мире свыше 600млн автомобилей. Ежегодно год выпускается 30млн новых автомобилей. Каждый из них выбрасывает на 1000л топлива 200кг окиси углерода, 20г окиси азота, 25кг углеводородов, 1кг сажи. Уровень загрязнения воздуха зависит от ряда причин. Так, дизельные двигатели расходуют на 25% меньше топлива, чем бензиновые; в дизельном топливе нет соединения свинца; при их работе выделяется многократно меньше угарного газа, но больше сажи и соединений серы. Чем больше расходуется топлива на единицу пробега, тем выше загрязнение: тяжелые грузовики расходуют его также в несколько раз больше, чем легковые автомобили. Состав выхлопных газов зависит также и от того, насколько отрегулирован двигатель.

Норма расхода топлива автотранспортом

 

Тип транспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100км)	Удельный расход топлива (л на км)
Дизельный грузовой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Легковой автомобиль	31-34	0,31-0,34
Автобус	41-44	0,41-0,44

 

Расход топлива на 1км пути в литрах, для бензиновых двигателей он примерно составляет 0,4л для дизельных – 0,1л.

В последние годы наибольшее количество вредных веществ в атмосферу выбрасывается выхлопными газами автомобилей, причем их доля постоянно растет за счет роста количества автомобилей. Кроме загрязнения воздуха, автомобили потребляют кислород. Автомобиль, пробежав 900 км потребит столько же кислорода, сколько человек расходует на дыхание за целый год.

Например, легковому автомобилю для сгорания 1кг бензина требуется 2,5кг кислорода. Кроме того, каждый автомобиль, стирая шины, поставляет в атмосферу 5 - 8кг резиновой пыли ежегодно.

Автомобиль - главный источник экологических проблем.

 

ПОЧВА - НАШЕ БОГАТСТВО

 

Почву часто называют главным богатством любого государства в мире, поскольку на ней и в ней производится около 90% продуктов питания человечества. Деградация почв сопровождается неурожаем и голодом, приводит к бедности государств, а гибель почв может вызвать гибель всего человечества.

Накопление мусора, отравление почвы - экологическая проблема. Специалисты подсчитали, что если мусор не уничтожить, то через 10-15лет он покроет нашу планету слоем толщиной 5м.

Большую часть мусора составляют предметы из пластмассы (70%), на втором месте стеклянные и жестяные предметы (25%), и на третьем месте деревянные и бумажные (5%).

 

Исследование содержимого мусорной корзины

Цель: Исследовать состав бытовых отходов и количество мусора, выбрасываемого семьей за неделю.

Оборудование: безмен, мешки для мусора или мусорное ведро.

Ход работы:

1. В течение недели ежедневно взвешивал содержимое мусорного ведра и результаты заносил в таблицу.

2. В соответствующие графы записывал количество(в штуках) пластиковых и стеклянных бутылок, металлических банок независимо от того, целые они или поврежденные.

3. По окончании опыта подсчитал общее количество бутылок и банок за неделю, а также среднюю массу мусора выброшенного на помойку по формуле:

М_ср.=  ,

 

где М₁, ... , М₇ — масса мусора за соответствующий день.

 

Этап работы	Масса мусора за день, г	Количество пластиковых бутылок, шт.	Количество металлических банок, шт.	Количество стеклянной посуды, шт.
1-й день	574	0	2	0
2-й день	3372	1	0	1
3-й день	1759	1	0	0
4-й день	231	0	0	1
5-й день	896	0	1	0
6-й день	4327	1	1	0
7-й день	5668	2	2	0
Средняя масса	2404
Всего	16827	5	6	2

 

Сделал и записал выводы:

 

Средняя масса мусора за неделю__2,4 кг/день___

_5_шт. пластиковых бутылок, _6_шт. металлических банок, _2_шт. стеклянной посуды.

За неделю только одна семья использует 10 полиэтиленовых пакетов.

Исследование показывает среди студентов группы «35э»:

Сколько пластиковых бутылок в среднем их семья используют в год?

36 бутылок в среднем выбрасывается за год одной семьей. Эта цифра может быть гораздо больше.

В группе 26 человек, следовательно, 36 *26 = 756 бутылок в год нашими студентами из группы 35 «э» и их семьями.

Площадь одной бутылки 932=288см²

Площадь, занимаемая 756288=217728см² = 21,7728м², в техникуме всего обучается 345 студентов, тогда 21,7728м²  345= 7511,616 м²

За 10лет – 252564,48 м²

За 50лет – 1263822,4м²

На этой площади можно было бы посеять пшеницу, кукурузу, гречиху и другие с/х культуры.

Для разложения пакетов требуется 15лет. Если мы безрассудно будем выбрасывать сейчас пакеты, то в течение десятков лет почва будет содержать вредные вещества.

Не надо ждать, когда проблемы утилизации мусора будут решены на государственном уровне. Пока наша Земля не превратилась в пластмассовую планету, каждый из нас может способствовать ее спасению. Один из способов – это дать упаковке вторую жизнь, т.е. использовать вторично.

Емкости из пластика является одним из самых распространенных видов упаковки.

Дизайнеры из разных стран, имеющие креативный и оригинальный взгляд на вещи, нашли новые творческие подходы. Что только не делают из пластиковых бутылок мастера: украшения для одежды и дома, сумки, корзины, вазы, шкатулки, детские игрушки, плечики для одежды, кормушки для птиц, искусственные деревья и многое другое. Из бутылок можно сделать и красивое обрамление или бордюр для клумб и дорожек. А также используется в качестве клумб автомобильные покрышки. Сделав в бутылке по всей окружности отверстия и закрепив ее на шланге, дачники используют это простейшее устройство для полива сада, огорода или газона. Во многих странах проводятся выставки - конкурсы под названием «Вторая жизнь упаковки». Целью их проведения является экологическое воспитание и привлечение внимания общественности к проблемам утилизации упаковки и раздельного сбора мусора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Экологическая проблема с каждым годом обостряется. Воздух, которым мы дышим, вода, которую мы пьем, почва с каждым днем все больше и больше загрязняется. По нашим исследованиям видно, что транспорт загрязняет воздух, количество родников и колодцев с каждым годом становится меньше, а количество свалок наоборот увеличивается.

Мы должны научиться отказываться от маленьких удобств во имя избежания возможных экологических катастроф. Может ли математика помочь в решении экологических проблем? Да может. На основе математических вычислений, люди делают выводы о том какую пользу или вред мы наносим природе. Автомобили и фермы загрязняют воду. Для этого нам необходимо на территории села и за ее пределами проводить субботники, очищать все вокруг от мусора, уменьшить количество свалок и посадить деревья для озеленения.

Пути решения проблемы:

1. Начнем с себя самих – будем выбрасывать мусор только в мусорные баки, урны – «Чисто не там, где убирают, а там, где не сорят!»

2. Проводить субботники по уборке территории

3. Вывешивать плакаты с природоохранной темой в лесу, в местах  возможного появления свалок.

4. Бережно относиться к учебникам.

5. Собирать макулатуру.

6. Вернуть природе лес, который был срублен, тем самым улучшить окружающую среду (высаживать больше деревьев, цветов).

7. Экономить воду.

 

Вывод. Математика напрямую связана с экологией и это подтвердилось.

При изучении экологии возникает много вопросов, ответы на которые можно получить при помощи математики. Математика позволяет проводить точные измерения, делать расчеты и подтверждать наблюдения.

Это слишком серьезная проблема и она касается каждого! А потому мы - все сообща должны жить так, чтобы сохранить нашу планету для настоящих и будущих поколений.

Путей много, но главное – результат!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. « Я познаю мир. Экология»  А.Е.Чижевский ,2003г

2. Газета «Первое сентября»  №2, 2005г.

3. «Математика в школе» №4, 2005 « Экология человечества глазами математики».

4. Интернет.

5. Небел Б. Наука об окружающей среде.— Т. 2.—М.: Мир, 1993.

6. Рихванов Е. Твердые бытовые отходы//Волна.— L999.— № 1 (18).— С. 4—24.

7. Рихванова М. Управление отходами в Германии // Полна.— 2000.— № 2 (23).—

С.26—35.

8. Скорик Ю. И., Флоринская Т.М., Баев А. С. Отходы большого города: как их

собирают, удаляют и перерабатывают.— СПб.: Санкт-Петербургский центр РАН:

Управление по охране окружающей среды Администрации Гшгкт-Петербурга, 1998.

9. Экогруппа: Руководство по домашней экологии.— СПб.: ПринтЛайн, 1999.

10. Л.В. Поцешковская. Материаловедение для штукатуров, облицовщиков и мозаичник, Издательство: Феникс, 2001.