Тема 3. Тема 3

матеріал 4

Розв’язування задач з теми сили

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 29. Розв’язування задач з теми сили

Очікувані результати навчання

створює і аналізує самостійно або у співпраці з іншими моделі об’єктів і явищ, які необхідно дослідити [12 ПРО 1.4.1]
опрацьовує та аналізує самостійно або у співпраці з іншими результати дослідження [12 ПРО 1.5.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
застосовує самостійно або у співпраці з іншими наукове знання і власний досвід для розв’язання життєвої/ навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]

Мета уроку: сформувати в учнів цілісне уявлення про основні види механічних сил: силу тяжіння, вагу тіла, силу пружності, силу реакції опори, силу тертя та силу Архімеда; розвинути вміння аналізувати життєві ситуації з позиції фізики та робити обґрунтовані висновки про вплив сил на здоров’я людини та техніку.

Очікувані результати для вчителя:

учні розрізняють основні види механічних сил (сила тяжіння, сила пружності, сила тертя, вага тіла, сила реакції опори, силу Архімеда)
учні розуміють фізичну природу сил, їх напрямки дії та від яких величин вони залежать
учні навчяться обчислювати значення сил під час розв’язку задач
учні встановлюють рівнодійну кількох сил, що діють на тіло в процесі рівномірного руху чи стану спокою
учні спостерігають та інтерпретує результати дослідів або графіків щодо дії сил

Очікувані результати для учнівства:

розрізняє основні види механічних сил (сила тяжіння, сила пружності, сила тертя, вага тіла, сила реакції опори, силу Архімеда)
розуміє фізичну природу сил, їх напрямки дії та від яких величин вони залежать
навчиться обчислювати значення сил під час розв’язку задач
встановлює рівнодійну кількох сил, що діють на тіло в процесі рівномірного руху чи стану спокою
спостерігає та інтерпретує результати дослідів або графіків щодо дії сил

Ключові слова:

сила
сила тяжіння
прискорення вільного падіння
деформація
пружня та пластична деформація
сила пружності
закон Гука
вага
нормальна реакція опори
сила тертя
коефіцієнт тертя
сила Архімеда

План уроку:

Мотивація
Теоретична частина
Практичний блок
Попрактикуй самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв

Проблемне питання

Уяви, що ти ставиш підлогові ваги в різних місцях своєї кімнати. На кахлі біля кухні вони показують одну величину, а коли перетягнеш на килим мінус один кілограм. Ти не встиг ні схуднути, ні погладшати, але ваги наполягають, що твоя вага змінюється. Чому ваги показують різну вагу твого тіла у різних місцях? (рис.1)

Джерело: https://chatgpt.com/

2. Питання на повторення вивченого матеріалу

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 7 хв

Звичайне опитування учнів можна перетворити в невеличке шоу. Не зважайте на те, що вони вже в 10 класу, вони все одно хочуть інколи гратися та веселитися.

Варіанти опитування:

Учитель кидає м’який м’яч, учень, який зловив м’яч, відповідає і одразу кидає м’яч іншому, який відповідає на наступне питання. І так далі.

Роздрукувати питання на карточках і дозволяти витягувати карту учням навмання

Кожному прізвищу учня відповідає певний номер у списку журналу. Можна скористатися наступним посиланням для вибору того, хто буде відповідати на питання https://pickerwheel.com/tools/random-number-generator/?utm_source

Дівчата проти хлопців. Команда дівчат вибирає питання і хлопця, який відповість на питання. Потім те ж саме роблять хлопці.

Дайте означення сили тяжіння.
Запишіть формулу сили тяжіння та поясніть кожний символ.
В якому напрямку діє сила тяжіння?
Що називають деформацією?
Перерахуйте види деформацій.
Чим відрізняються пружні та пластичні деформації?
Як направлена сила пружності щодо напрямку деформації?
Запишіть закон Гука та поясніть значення жорсткості пружини.
Дайте означення ваги тіла.
Чим вага тіла відрізняється від сили тяжіння?
В якому напрямку діє вага тіла?
Що таке сила реакції опори?
У якому напрямку вона діє?
Що відбувається з силою реакції опори, якщо тіло розташоване на похилій площині?
Дайте означення сили тертя.
Чим відрізняється тертя спокою від тертя ковзання?
Запишіть формулу для сили тертя ковзання.
Сформулюйте закон Архимеда.
У якому напрямку діє архімедова сила?
Від яких величин залежить архімедова сила?

3. Практичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 22 хв

Завдання №1

Дослідження розмірів тіла людини називається антропометрією. У NASA працює ціла команда фахівців — антропометрів. Ці науковці співпрацюють з найрізноманітнішими інженерними групами, оскільки людські параметри визначають конструкцію космічних апаратів: розміри сидінь, отвори люків, будову скафандрів та багато іншого. NASA виявило, що зріст астронавтів збільшується приблизно до 3% протягом перших 3–4 днів невагомості в космосі. Існує багато факторів, які впливають на кожного астронавта, тому ступінь збільшення зросту в усіх різний (рис.2).

Джерело: https://www.bbc.com/news/articles/ckgn1125ne3o

На скільки сантиметрів збільшишся особисто ти, якщо певний час будеш перебувати на космічній станції?

Що є основною причиною збільшення зросту в умовах невагомості?
Які можливі медичні наслідки має тимчасове збільшення зросту астронавтів у космосі для хребта, нервової системи та м’язів?
Після тривалого перебування в космосі астронавти втрачають м’язову масу та щільність кісток. Як зміна сили тяжіння впливає на розвиток остеопорозу?
Що з цього може бути корисним для лікування людей на Землі?

Можливі варіанти відповідей:

У невагомості зникає сила тяжіння, яка на Землі стискає наш хребет . Міжхребцеві диски – це еластичні «подушечки» між хребцями. На Землі вони трохи стискаються вагою тіла. У космосі це стискання зникає, тому диски розширюються , а відстань між хребцями збільшується.В результаті зріст астронавта тимчасово може зрости на 2–3% .
Тимчасове розтягнення хребта може мати кілька наслідків:

Хребет

біль у спині через розтягнення зв’язок і дисків;
дискомфорт при рухах;
підвищений ризик грижі міжхребцевих дисків після повернення на Землю

Нервова система

здавлення нервних корінців через зміну положення хребців;
поколювання, оніміння чи неприємні відчуття у кінцівках.

М’язи

м’язи, що підтримують хребет, працюють менше, бо немає сил тяжіння →
відбувається ослаблення м’язів спини та преса.

Це одна з причин, чому астронавти обов’язково тренуються 2–2,5 години щодня на МКС.

У нормальних умовах наші кістки та м’язи постійно відчувають навантаження, що стимулює кістки залишатися міцними, а м’язи — сильними.

Коли навантаження майже відсутнє (у невагомості):

Кістки

зникає навантаження від ваги тіла → кістки не отримують механічної стимуляції ;
організм починає «економити» кальцій → кістки стають тоншими;
розвивається космічний остеопороз — втрата до 1–2% кісткової маси щомісяця.

М’язи

м’язи не працюють проти навантаження — менше напруження;
відбувається атрофія , особливо м’язів спини, стегон і литок.

Отже, у невагомості кістки втрачають міцність , бо не набувають необхідного навантаження.

Завдання №2

У майбутньому людству, ймовірно, доведеться колонізувати Марс, щоб забезпечити своє виживання поза межами Землі. Вичерпання ресурсів, зміни клімату або глобальні катастрофи можуть змусити людей шукати новий дім у Сонячній системі. Колонізація Марса стане не лише технічним викликом, а й новим етапом еволюції людства як міжпланетного виду (рис.3).

Джерело: https://chatgpt.com/

Як зміна сили тяжіння вплине на формування постави дитини, яка народилася і виросла на Марсі? Чи буде вона така сама, як у земної дитини? Чи зміниться будова скелета?
Яким чином у менших гравітаційних умовах зміниться навантаження на колінні, тазостегнові та хребтові суглоби?
Чи це знизить ризик травм чи, навпаки, ослабить суглобовий апарат?
Як зміниться робота серця, якщо сила тяжіння буде меншою ніж на Землі?
Чи зміниться кров’яний тиск у нижній і верхній частинах тіла?

Можливі варіанти відповідей:

Через меншу силу тяжіння хребет і кістки будуть відчувати значно менше навантаження, ніж у земної дитини. Це може призвести до:
- більш витягнутої постави;
- потоншення та полегшення кісток;
- менш розвиненої м’язової системи,.

Отже, дитина, що виросла на Марсі, може мати вищий зріст, тонший скелет і більш слабку м’язову підтримку, ніж земна.

Навантаження на суглоби буде значно меншим. Але одночасно суглоби не піддаються нормальним навантаженням, тому вони можуть розвиватися менш міцними.
Менше гравітації = менше травм від падінь (удари слабші, навантаження менше). Але суглоби і зв’язки стануть слабшими. Висновок: травм – менше, але стійкість і міцність суглобів – теж менші.

При поверненні на Землю така людина могла би зазнати травми навіть при звичайній ходьбі.

На Марсі:
- серцю легше качати кров;
- навантаження на лівий шлуночок зменшується;
- серце може стати менш м’язовим і трохи меншим за об’ємом.
Так.

На Землі сила тяжіння «тягне» кров до ніг, тому:

у ногах тиск вищий
у голові – нижчий

На Марсі гравітація слабша → різниця між верхом і низом значно зменшиться.

Це означає:

менше набряків у ногах;
більше крові в грудній клітці та голові.,

Завдання №3

Під час зимового відпочинку лижник масою 62 кг вирушив на гірськолижний курорт Драгобрат, відомий своїми високогірними трасами та природним снігом. Спускаючись із траси середньої складності, він рухається рівномірно по щільному утрамбованому снігу. У процесі спуску між лижами та снігом виникла сила текртя ковзання 45 Н. Визнач коефіцієнт тертя між лижами та поверхнею снігу. Врахуй, що спуск відбувався з постійною швидкістю (рис.4).

Відповідь:

Завдання №4

Багато людей відчували слизькість під час ходьби по льоду. Однак багато частин тіла, особливо суглоби, мають значно менші коефіцієнти тертя — часто в три-чотири рази менші, ніж на льоду. Суглоб утворений кінцями двох кісток, які з’єднані товстими тканинами. Колінний суглоб утворений кісткою гомілки (великогомілковою кісткою) та стегновою кісткою (стегновою кісткою). Кульшовий суглоб — це кульовий (на кінці стегнової кістки) та суглобова западина (частина тазу). Кінці кісток у суглобі покриті хрящем, що забезпечує гладку, майже скляну поверхню. Суглоби також виробляють рідину (синовіальну рідину), яка зменшує тертя та знос. Пошкоджений або артритний суглоб можна замінити штучним суглобом ( рис.5). Ці замінники можуть бути виготовлені з металів (нержавіюча сталь або титан) або пластику (поліетилен), також з дуже малими коефіцієнтами тертя.

Джерело: https://medicalplaza.ua/uk/content/endoprotezirovanie-kolennogo-sustava

Уяви, що синовіальна рідина в суглобі частково втратила свої властивості. Як це вплине на рух людини? Які проблеми можуть виникнути?
Штучні суглоби виготовляють із матеріалів з низьким коефіцієнтом тертя.Чому цього недостатньо для повного відтворення природного руху? Яких властивостей не вистачає?
Чому скелелази й спортсмени покладаються на підвищення тертя, а медицина — на його зменшення?

Можливі варіанти відповідей:

1. Синовіальна рідина — це природне «мастило» суглоба. Якщо вона втрачає здатність змащувати суглоби, то:

тертя між кістками зростає ;
рухи стають болючими та «скрипучими» ;
з’являється скованість , особливо вранці;
хрящ починає швидше стиратися → ризик артрозу ;
можливі запалення , набряк та підвищення температури в зоні суглоба.

2. Штучним протезам бракує:

здатність до самовідновлення (хрящ може частично регенерувати, метал — ні);
біологічної чутливості — природний суглоб реагує на навантаження, змінює товщину хряща, адаптується;
еластичності й пружності (хрящ працює як амортизатор, а метал чи пластик — ні);
ідеальної сумісності зі зв’язками та м’язами , адже форма протеза не повторює анатомію на 100%.

3. У спорті та скелелазінні потрібне підвищення сили тертя, бо:

воно забезпечує добре зчеплення рук та взуття з поверхнею;
допомагає не ковзати ;
зменшує ризик зриву чи падіння.
У суглобах навпаки потрібно мінімізувати значення сили тертя, бо:
кістки мають рухатися плавно ;
велике тренування призводить до болю та швидкого зношування хряща;
суглоб працює мільйони разів, і зношення має бути мінімальним.

4.Біологічний суглоб

МАХ

MIN

Штучний суглоб

МАХ

MIN

За графіках ліва — коефіцієнт тертя в природному колінному суглобі (біологічному). Справа — коефіцієнт тертя у (ендопротез) (рис.6).

Джерело: https://chatgpt.com/

Під час ходьби сила реакції, яка діє на суглоб може складати 900 Н. Визначте силу тертя, яка виникає в біологічному та штучному суглобі при максимальному та мінімальному коефіцієнті тертя.

Завдання №5

У сучасній біомедицині активно використовуються пасивно-еластичні протези стопи, які відіграють ключову роль у відновленні рухливості пацієнтів після ампутацій. Однією з головних характеристик таких протезів є жорсткість, що впливає на комфорт і ефективність ходьби (рис.7).

Завдання №5

Джерело: https://journals.plos.org

Протези мають жорсткість, яка вимірюється в категоріях (від 1 до 9). Ці категорії підбираються індивідуально відповідно до маси тіла користувача та рівня його фізичної активності

Категорія 5 пасивно-еластичного протеза стопи

Рекомендована маса користувача: приблизно 65–75 кг
Жорсткість передньої частини стопи: близько 18 500 Н/м
Жорсткість п’яткової частини стопи: близько 21 000 Н/м
Максимальне допустиме стискання (ефективне): до 25 мм
Динамічне навантаження при ходьбі: може сягати 2×маса тіла (тобто для 70 кг ≈ 1400 Н)

Як жорсткість протеза впливає на роботу м’язів стегна і таза?
Чому недооцінена жорсткість протеза може призвести до деформацій колінного суглоба або викривлення постави?

Нижче представлений графік, який демонструє залежність жорсткості пружних елементів біомеханічного протеза стопи від його категорії (рис.8).

Джерело: https://www.frontiersin.org/journals/rehabilitation-sciences/articles/10.3389/fresc.2024.1290092/full?utm

Пацієнт має протез 6-ї категорії. Під час ходьби на передню частину стопи діє сила 1000 Н. Знайдіть значення стиснення протеза (у метрах).
Пацієнт І використовує категорію 4, пацієнт ІІ — категорію 7. Сила навантаження у них однакова — 1200 Н (навантаження припадає на передню частину стопи). Знайдіть значення стиснення протеза (у метрах) для кожного з пацієнтів. Знайдіть, у скільки разів більше деформується протез пацієнта І.
Потрібно підібрати категорію так, щоб при навантаженні 1300 Н деформація п’яткової частини не перевищувала 30 мм. Визначте мінімальну категорію протеза

Можливі варіанти відповідей:

Жорсткість протеза визначає, наскільки сильно він пружинить під час кроку . Це прямо впливає на те, як працюють м’язи стегна та таза:

Якщо жорсткість підібрана правильно:

протез зберігає енергію під час опори та повертає її при відштовхуванні;
м’язи стегна та таза працюють природніше , ближче до нормальної ходи;
зменшується втому, навантаження розподіляється рівномірно.

Якщо протез дуже жорсткий:

пацієнт відчуває «удар» під час кроку;
м’язи стегна таза змушені компенсувати жорсткість , тобто працюють більше, ніж потрібно;
збільшується навантаження на поперек і таз.

Якщо протез дуже м’який:

енергія кроку втрачається , протез «провалюється» вниз;
м’язи стегна та тазу перепрацьовують , щоб утримувати рівновагу;
хода стає «качаючою» і енергонеефективною.

1. Протез надмірно деформується при шкірному кроці

Він «просідає» більше, ніж потрібно → центр мас тіла зміщується.

2. Колінний суглоб працює в неправильному куті

Коліно отримує нестабільну опору , починає згинатися або розгинатися більше, ніж слід →
це призводить до перекосу та неправильного навантаження на хрящі .

3. Таз перекошується, щоб компенсувати м’якість протеза

Це викликає:

асиметричну ходу;
надмірне скручування хребта;
порушення постави , біль у попереку.

Відповідь: протез І деформується у 1,5 раза більше.

(1) $\begin{equation*} k \geq \frac{F}{\Delta x} = 43333 \end{equation*}$

Категорія 8 → 45 200

Задача №6

Pogo Stick — це «палиця для стрибків», яка дає змогу людині підстрибувати (рис.9), відштовхуючись від землі завдяки енергії стислої пружини. Цю розвагу часто можна побачити на вулицях або у парках — діти намагаються втримати рівновагу, ритмічно стискаючи й розтискаючи пружину, ніби перетворюючись на маленьких акробатів. Один з хлопців вирішив не стрибати, а просто стояти утримуючи рівновагу. При цьому пружина стискається з довжини 40 см до 33 см. Маса хлопця становить 42 кг. Визнач чому дорівнює жорсткість пружини в pogo stick.

Джерело: https://cdn.savemyexams.com/pdfs/UaI~jQ3BxL5n4V7s.pdf?utm

Відповідь:

Задача №7

Стандартний баскетбольний м’яч (маса = 624 грами; 24,3 см у діаметрі, рис.10) повністю знаходиться під водою. Обчисліть виштовхувальну силу та вагу. Коли м’яч відпускають, він опускається на дно чи спливає на поверхню? Якщо він плаває, то яка його частина виступає з води?

Відповідь:

Вага м’яча

Об’єм м’яча

Сила Архімеда

Сила Архімеда більша ніж вага м’яча, тому він випливе на поверхню.

Густина м’яча становить 8,31% густини води. Таким чином, м’яч буде плавати, причому 8,31% його об’єму буде нижче рівня води, а 91,69% м’яча буде над поверхнею води.

Задача №8

Шість об’єктів (AF) знаходяться в рідині, як показано. Жоден з них не рухається. Розташуйте їх у порядку густини, від найменшого до найбільшого (рис.11).

Джерело: https://physics.highpoint.edu/~jregester/potl/Matter/Buoyancy/BuoyancyProbSolns.htm?utm

Відповідь:

Чим більша частка об’єму об’єкта знаходиться над поверхнею води, тим менша його густина. Отже, об’єкт B має володіти найменшою густиною, за ним йдуть D, A та F. Далі йде об’єкт E, оскільки він має нейтральну плавучість і його густина дорівнює густині води. Об’єкт C має найбільшу густину і вона навіть більша ніж густина рідини. Повна відповідь на запитання: B, D, A, F, E, C.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 10 хв

Рівень А: 1, 4, 6
Рівень В: 2, 5, 7
Рівень С: 3, 5, 8

За графіком залежності модуля сили пружності F від видовження х, визначте жорсткість пружини (в Н/м).

Пружина під час навантаження 45 Н видовжилася на 0,15 м. Яка жорсткість пружини? Яку силу потрібно прикласти, щоб пружина видовжилася ще на 10 см?
Проаналізуйте наведені в таблиці результати дослідження залежності довжини пружини від прикладеної до неї сили.
- 1. Визначте коефіцієнт жорсткості пружини.
- 2. Визначте довжину недеформованої пружини.

№ досліду	F, Н	l, см
1	3	10
2	5	11

Щоб зрушити з місця пустий сундук масою 14 кг, необхідно прикласти до нього горизонтальну силу 24 Н. Визначте, яка горизонтальна сила зрушить з місця сундук, коли він міститиме речі масою 28 кг.
Ящик масою 26 кг розташований на похилій площині довжиною 13 м і висотою 5 м. Коефіцієнт тертя між ящиком і похилою площиною дорівнює 0,5. Визначте модуль сили, яку необхідно прикласти вздовж похилої площини до ящика, щоб він рівномірно рухався по цій площині вниз.
Гумова куля, наповнена гелієм, підіймається вертикально вгору. Сили, що діють на кулю, та їх значення наведені в таблиці. Визначте рівнодійну сил.

Сила тяжіння	2 Н
Сила опору повітря	1 Н
Сила Архімеда	4 Н

Якщо густина вашого тіла становить995 кг/м³, яка частина вашої тіла буде занурена під час плавного плавання у
- а) Прісній воді (1000 кг/м³)
- б) Солоній воді (1027 кг/м³).
У вас є блок загадкового матеріалу, довжиною 12 см, шириною 11 см та товщиною 3,5 см. Його маса становить 1155 грамів.
- a) Яка його густина?
- б) Чи буде він плавати в резервуарі з водою чи тонути?
- в) Чи буде він плавати у резервуарі, що заповнений ртуттю? Якщо буде плавати, то який відсоток об’єму об’єкта буде знаходитися над поверхнею ртуті?

Відповіді:

200 Н/м
300 Н/м; 75 Н.
200 Н/м; 8,5 см
72 Н
20 Н
2Н
- а) 99,5%
- б) 96,9%
- а) 2500 кг/м³
- б) буде тонути
- в) 81,6 % над водою

5. Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв

Якщо б твій прогрес у розумінні теми можна було показати графіком, яким він був би сьогодні:

– прямою?
– параболою?
– лінією, що піднімається чи спадає?

Обґрунтуй свою відповідь

У вільний від відпочинку час

Як показано на рис.12, дві однакові пружини, кожна з коефіцієнтом натягу 40 Н/м, підтримують вагу 30 Н. (a) Яка сила діє на пружину A? На яку величину розтягнулася пружина A з положення спокою?

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 29. Розв’язування задач з теми сили

Очікувані результати навчання

Очікувані результати для учнівства:

розрізняє основні види механічних сил (сила тяжіння, сила пружності, сила тертя, вага тіла, сила реакції опори, силу Архімеда)
розуміє фізичну природу сил, їх напрямки дії та від яких величин вони залежать
навчиться обчислювати значення сил під час розв’язку задач
встановлює рівнодійну кількох сил, що діють на тіло в процесі рівномірного руху чи стану спокою
спостерігає та інтерпретує результати дослідів або графіків щодо дії сил

Ключові слова:

сила
сила тяжіння
прискорення вільного падіння
деформація
пружня та пластична деформація
сила пружності
закон Гука
вага
нормальна реакція опори
сила тертя
коефіцієнт тертя
сила Архімеда

План уроку:

Мотивація
Теоретична частина
Практичний блок
Попрактикуй самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Джерело: https://chatgpt.com/

2. Питання на повторення вивченого матеріалу

Дайте означення сили тяжіння.
Запишіть формулу сили тяжіння та поясніть кожний символ.
В якому напрямку діє сила тяжіння?
Що називають деформацією?
Перерахуйте види деформацій.
Чим відрізняються пружні та пластичні деформації?
Як направлена сила пружності щодо напрямку деформації?
Запишіть закон Гука та поясніть значення жорсткості пружини.
Дайте означення ваги тіла.
Чим вага тіла відрізняється від сили тяжіння?
В якому напрямку діє вага тіла?
Що таке сила реакції опори?
У якому напрямку вона діє?
Що відбувається з силою реакції опори, якщо тіло розташоване на похилій площині?
Дайте означення сили тертя.
Чим відрізняється тертя спокою від тертя ковзання?
Запишіть формулу для сили тертя ковзання.
Сформулюйте закон Архимеда.
У якому напрямку діє архімедова сила?
Від яких величин залежить архімедова сила?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Практичний блок

Завдання №1

Джерело: https://www.bbc.com/news/articles/ckgn1125ne3o

На скільки сантиметрів збільшишся особисто ти, якщо певний час будеш перебувати на космічній станції?

Що є основною причиною збільшення зросту в умовах невагомості?
Які можливі медичні наслідки має тимчасове збільшення зросту астронавтів у космосі для хребта, нервової системи та м’язів?
Після тривалого перебування в космосі астронавти втрачають м’язову масу та щільність кісток. Як зміна сили тяжіння впливає на розвиток остеопорозу?
Що з цього може бути корисним для лікування людей на Землі?

Завдання №2

Джерело: https://chatgpt.com/

Як зміна сили тяжіння вплине на формування постави дитини, яка народилася і виросла на Марсі? Чи буде вона така сама, як у земної дитини? Чи зміниться будова скелета?
Яким чином у менших гравітаційних умовах зміниться навантаження на колінні, тазостегнові та хребтові суглоби?
Чи це знизить ризик травм чи, навпаки, ослабить суглобовий апарат?
Як зміниться робота серця, якщо сила тяжіння буде меншою ніж на Землі?
Чи зміниться кров’яний тиск у нижній і верхній частинах тіла?

Завдання №3

Завдання №4

Джерело: https://medicalplaza.ua/uk/content/endoprotezirovanie-kolennogo-sustava

Уяви, що синовіальна рідина в суглобі частково втратила свої властивості. Як це вплине на рух людини? Які проблеми можуть виникнути?
Штучні суглоби виготовляють із матеріалів з низьким коефіцієнтом тертя.Чому цього недостатньо для повного відтворення природного руху? Яких властивостей не вистачає?
Чому скелелази й спортсмени покладаються на підвищення тертя, а медицина — на його зменшення?

Джерело: https://chatgpt.com/

Під час ходьби сила реакції, яка діє на суглоб може складати 900 Н. Визначте силу тертя, яка виникає в біологічному та штучному суглобі при максимальному та мінімальному коефіцієнті тертя.

Завдання №5

Джерело: https://journals.plos.org

Категорія 5 пасивно-еластичного протеза стопи

Рекомендована маса користувача: приблизно 65–75 кг
Жорсткість передньої частини стопи: близько 18 500 Н/м
Жорсткість п’яткової частини стопи: близько 21 000 Н/м
Максимальне допустиме стискання (ефективне): до 25 мм
Динамічне навантаження при ходьбі: може сягати 2×маса тіла (тобто для 70 кг ≈ 1400 Н)

Як жорсткість протеза впливає на роботу м’язів стегна і таза?
Чому недооцінена жорсткість протеза може призвести до деформацій колінного суглоба або викривлення постави?

Джерело: https://www.frontiersin.org/journals/rehabilitation-sciences/articles/10.3389/fresc.2024.1290092/full?utm

Пацієнт має протез 6-ї категорії. Під час ходьби на передню частину стопи діє сила 1000 Н. Знайдіть значення стиснення протеза (у метрах).
Пацієнт І використовує категорію 4, пацієнт ІІ — категорію 7. Сила навантаження у них однакова — 1200 Н (навантаження припадає на передню частину стопи). Знайдіть значення стиснення протеза (у метрах) для кожного з пацієнтів. Знайдіть, у скільки разів більше деформується протез пацієнта І.
Потрібно підібрати категорію так, щоб при навантаженні 1300 Н деформація п’яткової частини не перевищувала 30 мм. Визначте мінімальну категорію протеза

Задача №6

Джерело: https://cdn.savemyexams.com/pdfs/UaI~jQ3BxL5n4V7s.pdf?utm

Задача №7

Задача №8

Джерело: https://physics.highpoint.edu/~jregester/potl/Matter/Buoyancy/BuoyancyProbSolns.htm?utm

4. Попрактикуймо самостійно

Рівень А: 1, 4, 6
Рівень В: 2, 5, 7
Рівень С: 3, 5, 8

За графіком залежності модуля сили пружності F від видовження х, визначте жорсткість пружини (в Н/м).

Пружина під час навантаження 45 Н видовжилася на 0,15 м. Яка жорсткість пружини? Яку силу потрібно прикласти, щоб пружина видовжилася ще на 10 см?
Проаналізуйте наведені в таблиці результати дослідження залежності довжини пружини від прикладеної до неї сили.
- 1. Визначте коефіцієнт жорсткості пружини.
- 2. Визначте довжину недеформованої пружини.

№ досліду	F, Н	l, см
1	3	10
2	5	11

Щоб зрушити з місця пустий сундук масою 14 кг, необхідно прикласти до нього горизонтальну силу 24 Н. Визначте, яка горизонтальна сила зрушить з місця сундук, коли він міститиме речі масою 28 кг.
Ящик масою 26 кг розташований на похилій площині довжиною 13 м і висотою 5 м. Коефіцієнт тертя між ящиком і похилою площиною дорівнює 0,5. Визначте модуль сили, яку необхідно прикласти вздовж похилої площини до ящика, щоб він рівномірно рухався по цій площині вниз.
Гумова куля, наповнена гелієм, підіймається вертикально вгору. Сили, що діють на кулю, та їх значення наведені в таблиці. Визначте рівнодійну сил.

Сила тяжіння	2 Н
Сила опору повітря	1 Н
Сила Архімеда	4 Н

Якщо густина вашого тіла становить995 кг/м³, яка частина вашої тіла буде занурена під час плавного плавання у
- а) Прісній воді (1000 кг/м³)
- б) Солоній воді (1027 кг/м³).
У вас є блок загадкового матеріалу, довжиною 12 см, шириною 11 см та товщиною 3,5 см. Його маса становить 1155 грамів.
- a) Яка його густина?
- б) Чи буде він плавати в резервуарі з водою чи тонути?
- в) Чи буде він плавати у резервуарі, що заповнений ртуттю? Якщо буде плавати, то який відсоток об’єму об’єкта буде знаходитися над поверхнею ртуті?

5. Рефлексія

Якщо б твій прогрес у розумінні теми можна було показати графіком, яким він був би сьогодні:

– прямою?
– параболою?
– лінією, що піднімається чи спадає?

Обґрунтуй свою відповідь

У вільний від відпочинку час

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе