XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Простые измерительные приборы
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Еще в глубокой древности человек столкнулся с проблемой сравнения окружающих его предметов или объектов по размеру, объему, температуре и т.д. Уже тогда древние люди понимали, что одно дерево может быть выше другого, а большой камень тяжелее маленького. Так люди постепенно перешли от практического сравнения того, что видели или брали в руки к сравнению величин. В то время люди обходились без измерительных приборов и инструментов, но уже в то время стали появляться первые приспособления для измерения.
В результате научно-технического прогресса совершались открытия, появлялись новые изобретения.
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять - говорил Дмитрий Иванович Менделеев. – Точная наука немыслима без меры».
-
Актуальность
Актуальность измерительных приборов обусловлена их повсеместным использованием в современном обществе. Они позволяют точно измерять такие физические величины, как температура, давление, электрический ток и многие другие.
Области, где актуальна роль измерительных приборов:
-
Промышленность. Контрольно-измерительная техника играет важную роль в обеспечении качества и конкурентоспособности продукции практически всех отраслей промышленности.
-
Наука. Ни одно открытие не произошло бы без точнейших современных измерительных приборов и инструментов.
-
Медицина. В современных медицинских центрах проводятся сложнейшие операции, успешность которых зависит от наличия специальных приборов с точнейшими измерениями.
-
Бытовая сфера. Измерительные приборы помогают в решении повседневных задач, например, в измерении количества шагов, сделанных за день, или количества калорий, съеденных за один приём пищи.
Таким образом, актуальность измерительных приборов связана с их необходимостью для безопасной и эффективной деятельности человека в современном мире.
-
Цель проекта
Изучить историю измерений времени, массы, температуры и влажности и смоделировать простейший измерительный прибор из подручных материалов.
3. Задачи проекта:
- изучить историю измерений различных величин;
- ознакомится с устройством измерительных приборов;
- смоделировать измерительный прибор;
- определить возможность практического применения самодельных измерительных приборов.
4. Гипотеза проекта:
Я предположила, что простейший измерительный прибор можно смоделировать самостоятельно из подручных материалов.
Основная часть
Научно-исследовательскую работу я начала с поиска информации в энциклопедиях и сети Интернет.
Научные факты.
С необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и другие величины люди сталкивались с древних времен.
Наши предки в качестве средств измерений длины использовали собственный рост, длину руки, ладони, стопы. Для определения дальних расстояний использовали различные способы: дальность полета стрелы, специальные верстовые столбы между населенными пунктами.
Подобные способы не очень удобны: результаты таких измерений всегда различаются, так как зависят от размера тела, от силы стрелка, зоркости и т.д.
Поэтому постепенно стали появляться строгие единицы измерения, эталоны массы, длины.
Один из древнейших измерительных приборов – весы. Историки считают, что первые весы появились более 6 тысяч лет назад.
Простейшая модель весов – в виде равноплечего коромысла с подвешенными чашками широко использовалась в Древнем Вавилоне и Египте.
История появления.
Одним из древнейших инструментов для измерения является линейка.
Линейка
Линейка – простейший измерительный инструмент, как правило, представляющий собой узкую пластину, у которой как минимум одна сторона прямая.
Линейка имеет нанесенные штрихи (деления), кратные единице измерения длины (сантиметр, миллиметр), которые используются для измерения расстояний.
Линейки производят из пластика, дерева и металла.
Первые линейки появились еще в древнем мире – до нас дошла одна из них, найденная в Помпеях. Она выглядела как простая дощечка, но тщательно отструганная.
Линейка, которой сейчас пользуемся мы, появилась во Франции. Переходя на новую систему мер, французские ученые взяли за основу географический меридиан, что проходит через Париж. Отсюда и взяли сантиметр (одна 40-милионная часть этого самого меридиана). Первую линейку изготовили из латуни. Длина линейки составляла 1 метр, а ширина 25 мм. Такую линейку назвали «Республиканский метр».
«Республиканские» линейки после войны 1812 года оказались в России, но прижились только в качестве военных трофеев. Лишь в 1899 году по инициативе Дмитрия Ивановича Менделеева в России начали производство линеек, во многом из-за этого в нашей стране была внедрена метрическая система мер.
Транспортир
Транспортир – инструмент для построения и измерения углов. Транспортир состоит из линейки и полукруга, разделенного от 0 до 180 градусов. В некоторых моделях это круг, разделенный на 360 градусов. Транспортиры изготавливаются из пластика и стали.
Ученые считают, что транспортир был изобретен в древнем Вавилоне. Предполагают, что создание транспортира было связано с созданием календаря. Древние математики и астрономы считали, что в году 360 дней, поэтому круг разделили на 360 равных частей и одну такую часть назвали градусом.
Рулетка
Рулетка - измерительный инструмент, предназначенный для измерения длины. Представляет собой металлическую или пластмассовую ленту с нанесёнными делениями, скрученную в барабан.
Первые измерительные рулетки появились еще в Древнем Египте. Они использовались для измерения земельных участков и построения зданий. Тогда же появилась идея разделения расстояний на равные части, тем самым облегчив измерение.
Однако прототип современной измерительной рулетки был изобретен только в XVII веке. В 1620 году бельгийский математик Симон Стивенсон создал устройство, которое позволяло измерять расстояния с большой точностью.
Штангенциркуль
Штангенциркуль - универсальный измерительный прибор, предназначенный для высокоточных измерений наружных и внутренних линейных размеров, а также глубин отверстий.
Прообразы штангенциркуля, изготовленные из бронзы, были созданы ещё в древнем Китае, что доказывается находками, сделанными при археологических раскопках.
Первое серийное производство штангенциркулей было налажено в 1850 году в США изобретателем Джозефом Брауном в компании Brown and Sharpe. Это был первый инструмент для конкретных измерений, который можно было купить за деньги и был доступен простому работнику.
Часы
Еще одним древнейшим изобретением мы пользуемся каждый день, это изобретение часы.
Часы – прибор для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов в единицах, меньших, чем одни сутки. Среди них самыми точными являются атомные часы.
Первые часы (солнечные) появились в 3-м тыс. до н. э.. Отсчёт времени в них осуществлялся по положению тени от стержня, укреплённого на горизонтальной площадке или вертикальной стене с нанесёнными на них лучами, исходившими от стержня и служившими циферблатом. Солнечные часы позволяют определять время только в светлое время суток.
Водяные часы (клепсидры) известны со 2-го тыс. до н. э.. Как правило, они выполнялись в виде сосуда, который в течение суток равномерно наполнялся водой, поступающей капля за каплей из внешнего резервуара. Время в таких часах определяли по уровню воды в сосуде относительно шкалы, нанесённой на его стенку.
В средневековой Европе произошло значительное развитие часового дела с появлением механических часов. Эти часы, основанные на зубчатых механизмах и весах, впервые появились в XIII–XIV веках, часто благодаря усилиям монахов и мастеров.
В эпоху Возрождения произошли усовершенствования. Важным нововведением стало изобретение пружинного механизма, позволившего создавать более мелкие и портативные часы, включая карманные часы.
В XX векепроизошёл переход от механических к электронным часам, начавшийся с изобретения кварцевых часов в 1960-х годах.
В XXI веке развитие часов продолжилось с появлением умных часов, интегрированных с современными технологиями, включая смартфоны и интернет.
Весы
Не менее важным изобретением были весы.
Весы - устройство или прибор для определения массы тел (взвешивания) по действующему на них весу, приближённо считая его равным силе тяжести.
Первые весы предположительно появились в Древнем Египте и Вавилоне. Во втором веке до нашей эры весы стали общепринятым и распространенным средством измерения. Конструкция первых весов представляла собой равноплечее коромысло с двумя чашками, прикрепленными на гибкой сцепке по краям. Точно такие весы держит в руке Фемида – богиня правосудия.
В начале 20 века появились весы для непрерывного взвешивания. Это были контейнерные весы, весы – дозаторы. Следует сказать, что в это же время появились весы для взвешивания конкретных видов продуктов, например, весы для зерна, весы для корнеплодов, весы для яиц. Позднее появились вагонные и автомобильные весы. Для научных исследований и ювелирного дела были изобретены специальные сверхточные весы – пробирные, аналитические, медицинские, лабораторные.
Измерительные приборы в жизни современного человека.
Каждый день мы сталкиваемся с измерительными приборами. Например, мы просыпаемся по звонку будильника, смотрим на часы, измеряем вес. Прежде чем выйти на улицу, смотрим на уличный термометр за окном. В школе мы используем линейку.
Электрический счетчик показывает количество израсходованной энергии, прибор учета газа подскажет – сколько газа израсходовано, а водяной счетчик – объем расхода воды.
В школе я провела опрос среди одноклассников, чтобы узнать с какими измерительными приборами они сталкиваются в жизни. Всего в опросе участвовало 30 учеников.
Опрос
Я попросила ответить на следующие вопросы:
-
Какие измерительные инструменты вы знаете?
-
Измерительные инструменты
Количество учеников
Линейка
30
Транспортир
16
Рулетка
23
Штангенциркуль
2
-
Какие измерительные приборы есть у вас дома?
-
Название прибора
Количество учеников
Часы
27
Весы
24
Медицинский термометр
25
Уличный термометр
10
Счетчик расхода газа
12
Водяной счетчик
13
Электрический счетчик
17
-
Где в жизни нам могут пригодиться измерительные приборы?
-
Место применения
Количество учеников
В школе
27
На работе
21
В строительстве
19
Не знаю
2
Из диаграмм видно, что не все обучающиеся знают какие измерительные приборы и инструменты есть у них дома, а также где в дальнейшем им потребуются навыки измерения. Значит им необходимо рассказать о важности измерения величин в современном мире, заинтересовать данной темой, ведь роль измерительных приборов в жизни человека и общества в целом трудно переоценить.
Описание методов исследования
Коромысловые весы из вешалки
В своей работе я решила попробовать собрать простую модель чашечных весов, с помощью которой можно проводить взвешивание небольших предметов.
Для создания чашечных весов мне понадобится:
-
Обычная вешалка;
-
Подставка;
-
Пластиковые стаканчики;
-
Веревка.
К подставке крепим вешалку, к плечикам привязываем пластиковые стаканчики. Вертикальной линией обозначаем положение равновесия.
Чтобы определить массу, нужны гири. Вместо них я буду использовать обычные монеты. Нам достаточно один раз определить их вес, чтобы использовать для взвешивания на моих весах.
Вес монет:
Опыт с коромысловыми весами
-
Шкала весов.
|
|
|
Используя разные монеты, наносим отметки, соответствующие весу монет.
-
Взвешивание.
Горсть конфет уравновешиваем с помощью 8 монет (2 монеты по 5 руб., 5 монет по 2 руб., 1 монета – 1 руб.), общим весом 40 граммов.
|
|
Контрольное взвешивание на электронных весах – 41 гр.
|
|
Печенье уравновесила 5 монетами (2 руб.), весом 25 граммов.
|
|
|
Контрольное взвешивание на весах показало – 25 гр.
Вывод: из простых предметов у меня получилось собрать весы, с помощью которых можно производить взвешивание с точностью до 1-2 граммов.
Заключение
Подтверждение гипотезы:
В начале учебно-исследовательской работы я предположила, что простейший измерительный прибор можно смоделировать самостоятельно из подручных материалов.
После проведения опыта можно подвести итоги:
-
Собрать простую модель чашечных весов, с помощью которой можно проводить взвешивание небольших предметов возможно из подручных материалов.
-
В данной модели весов можно производить взвешивание с точностью до 1-2 граммов.
Я на собственном опыте убедилась, что при изучении литературы, собранной информации можно сконструировать и проводить опыты для изучение измерительных приборов и величин.
Таким образом гипотеза подтверждена.
Список используемой литературы
-
«Познакомься, это… изобретения»; Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013
-
«Большая книга знаний» Энциклопедия для детей; изд-во «Махаон», Москва, 2013
-
Интернет –сайт «Занимательная-физика.рф» http://afizika.ru/
-
Ru.wikipedia.org
-
Vremyaletit.ru
-
Mirnovogo.ru
-
Интернет ресурсы
Приложение 1.
Приложение 2.
Вес монет:
Коромысловые весы
Приложение 3.
Вес конфет
Вес печенья