Легкие – парные органы, расположенные в грудной полости. Состоят из долей: правое легкое содержит три доли, левое – две. Легочная ткань состоит из пузырьков – альвеол, в которых происходит жизненно важный процесс – газообмен между кровью и атмосферным воздухом.
Легкое покрыто оболочкой – плеврой, которая переходит с поверхности легких на внутренние стенки грудной клетки. Между двумя листками плевры образуется плевральная полость, давление в которой ниже атмосферного (его называют отрицательным давлением), что имеет принципиальное значения для акта вдоха и выдоха.
Газообмен в легких и тканях
Воздух перемещается по воздухоносным путям и, наконец, достигает мельчайшей структуры легкого – легочного пузырька, или альвеолы. Стенка альвеолы оплетена густой сетью капилляров – сосудов с тонкой стенкой, через которую происходит диффузия газов: из крови в альвеолу выходит углекислый газ, а в кровь из альвеолы поступает кислород.
Кислород, растворившийся в крови, по кровеносным сосудам достигает внутренних органов и тканей организма. Замечу, что перемещаясь по крови, газы образуют соединения с гемоглобином эритроцитов:
- Кислород (O2) – оксигемоглобин
- Углекислый газ (CO2) – карбгемоглобин
- Угарный газ (CO) – карбоксигемоглобин
Соединение гемоглобина с угарным газом гораздо устойчивее, чем остальные: угарный газ легко выигрывает в конкуренции с кислородом и занимает его место. Этим объясняются тяжелые последствия отравлений угарным газом, который быстро скапливается при пожаре в замкнутом помещении.
По мере того, как кровь отдает углекислый газ и принимает кислород, из венозной крови (бедной кислородом) она превращается в кровь артериальную. В тканях происходит обратный процесс: клетки нуждаются в кислороде, необходимом для тканевого дыхания, а углекислый газ, побочный продукт обмена веществ, требует удаления из клетки в кровь.
Я часто спрашиваю учеников – “Что движет газом, что заставляет, к примеру, кислород перемещаться сначала из альвеолы в кровь, а в тканях – из крови к клеткам?” Запомните, что этой движущей силой является разность парциальных давлений газов.
Парциальным давлением газа называют ту часть от общего объема газа, которая приходится на долю данного газа. Не рекомендую вам заучивать таблицу, приведенную выше, но для понимания она весьма хороша.
Заметьте, парциальное давление кислорода в альвеоле 100-110, а в венозной крови капилляра, оплетающего стенку альвеолы, давление кислорода 40. Таким образом, кислород устремляется из области большего давления в область меньшего – из альвеолы в кровь.
Происходящие перемещения газов можно легко зафиксировать, измерив концентрацию газов во вдыхаемом и выдыхаемом человеком воздухе. Вероятно, многие из этих данных вам не пригодятся, но призываю вас запомнить, что в окружающем воздухе 21% кислорода и 0,03% углекислого газа – это важная информация.
Важное значение в транспорте газов имеет жидкость, покрывающая стенки альвеол – сурфактант. Изначально кислород растворяется в сурфактанте и только после этого диффундирует через стенку капилляра, попадая в кровь. Сурфактант также препятствует слипанию (спаданию) стенок альвеол во время выдоха.
Жизненная емкость легких
Одним из физиологически важных показателей является жизненная емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ – максимальное количество воздуха, которое человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха.
Этот показатель весьма вариабельный, в среднем ЖЕЛ взрослого человека около 3500 см3. У спортсменов ЖЕЛ больше на 1000-1500 см3, а у пловцов может достигать 6500 см3. Чем больше ЖЕЛ, тем больше воздуха поступает в легкие и кислорода – в кровеносную систему, что очень важно для клеток тканей во время занятий спортом.
ЖЕЛ легко измеряется с помощью специального прибора – спирометра (от лат. spirare – дышать).
Механизм легочного дыхания
Между наружной поверхностью легкого и стенками грудной клетки имеется плевральная полость, которая играет важнейшую роль в процессе вдоха и выдоха, а также уменьшает трение легких при дыхательных движениях.
Давление в плевральной полости всегда ниже на 5-7 мм. рт. ст. атмосферного давления, поэтому легкие постоянно находятся в расправленном состоянии, скреплены через плевру со стенками грудной полости.
Вообразите: легкое подтягивается к плевре, которая скреплена с грудной клеткой. А грудная клетка постоянно совершает дыхательные движения, расширяясь и сужаясь, таким образом, легкое следует за дыхательными движениями грудной клетки.
Остается разобраться, как происходят эти дыхательные движения? Причина этому – сокращения и расслабления межреберных мышц, в результате которых грудная клетка соответственно – поднимается и опускается. Сейчас мы детально обсудим механизм вдоха и выдоха.
При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы, при этом ребра поднимаются, и грудина отодвигается вперед – грудная клетка расширяется в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма – дыхательная мышца, во время вдоха сокращается и опускается вниз: грудная клетка расширяется в вертикальном направлении.
При выдохе сокращаются внутренние межреберные мышцы, ребра опускаются, грудина отодвигается назад – грудная клетка сужается в передне-заднем и фронтальном (в стороны) направлениях. Диафрагма во время выдоха расслабляется и поднимается вверх: грудная клетка сужается в вертикальном направлении. Благодаря этим движениям осуществляется вдох и выдох.
Можем ли мы брать под контроль свое дыхание? Легко. Но ведь мы далеко не всегда его контролируем даже в течение дня, не говоря о ночи. Процессом дыхания управляет дыхательный центр, расположенный в продолговатом отделе головного мозга. Дыхательный центр обладает автоматией – периодически импульсы сами поступают к дыхательным мышцам, к примеру – во время сна.
Состав крови сильно влияет на интенсивность дыхания. В многочисленных опытах было выявлено, что увеличение концентрации CO2 возбуждает дыхательный центр. Этим можно объяснить учащение дыхания во время физической нагрузки, к примеру, бега, когда в клетках мышц ног идет активное образование CO2 и поступление его в кровь, дыхание учащается рефлекторно.
Рефлекторную регуляцию дыхания наиболее ярко доказывает опыт с перекрестным кровообращением, при котором соединены кровеносные системы двух собак. При пережатии трахеи у первой собаки останавливается дыхание, и углекислый газ перестает удаляться из крови – его концентрация в крови возрастает, что приводит к возникновению одышки (учащенного дыхания) у второй собаки.
Пневмоторакс
В норме давление в плевральной полости отрицательное, оно обеспечивает растяжение легких. Однако при ранениях грудной клетки целостность плевральной полости может нарушаться: в таком случае давление в полости становится равным атмосферному.
Нарушение целостности плевральной полости называют – пневмоторакс (от др.-греч. πνεῦμα — дуновение, воздух и θώραξ — грудь). При наступлении пневмоторакса легкие спадаются и перестают участвовать в дыхании.
Горная и кессонная болезни
Альпинисты и любители горных походов (особенно новички) часто сталкиваются с горной болезнью. Это состояние возникает из-за того, что при подъеме на высоту парциальное давление кислорода падает, и его концентрация в крови не соответствует потребностям организма – ниже, чем должна быть.
Поначалу горная болезнь проявляется эйфорией (беспричинной радостью) и учащением пульса. Если покорение горных вершин продолжается, то к этим симптомам постепенно присоединяется апатия (состояние равнодушия), мышечная слабость, судороги и головная боль.
Что же делать, спросите вы? Необходимо немедленно прекратить дальнейший подъем, при усилении симптомов – начать спуск. Лучше всего предупредить горную болезнь, следуя правилу – не увеличивать высоты ночевки более чем на 300-600 метров.
Кессонная болезнь возникает у водолазов, связана с увеличением парциального давления газа – азота, которое возникает при погружении под воду. Существует закономерность: чем глубже водолаз опускается, тем больше становится растворенного в крови азота. В чем же опасность того, что азот растворяется в крови?
При резком быстром подъеме растворимость азота в крови понижается, и кровь буквально вскипает. Только представьте, в сосудах возникают настоящие пузыри газа! Они могут закупорить сосуды легких, сердца, других внутренних органов, в результате чего кровообращение остановится, и последствия могут быть самыми печальными, вплоть до летального исхода.
Как же предупредить кессонную болезнь? Можно использовать в дыхательной смеси вместо азота газ гелий, который не приводит к таким последствиям. Также необходимо придерживаться правила постепенного подъема, с остановками, избегать резкого всплытия.
Атмосферное давление в живой природе
Инфоурок › Физика ›Презентации›Атмосферное давление в живой природе
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Атмосферное давление в живой природе. Букин Юрий Иванович учитель физики 1 квалификационной категории МОУ «Малоусинская ООШ» Пермский край
2 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Как мы пьем? Неужели и над этим можно задуматься? Конечно. Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Вот это-то простое «втягивание» жидкости, к которому мы так привыкли, и надо объяснить.
Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что ее увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.
3 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями не «втянете» из нее воду в рот, так как давление воздуха во рту и над водой одинаково. Итак, строго говоря, мы пьем не только ртом, но и легкими; ведь расширение легких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.
4 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Атмосферное давление в живой природе Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
5 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда «складок» образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.
6 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.
7 слайд Описание слайда:
Описание слайда: Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разреженное пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае моет достигать 1000 Н на площадь ноги взрослого человека.
Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство.
Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.
- Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал. Пожаловаться на материал
Общая информация
Атмосферное давление
Одна из удивительных особенностей жизни на Земле заключается в том, что фактически мы находимся на дне огромного воздушного океана. Этот океан воздуха называется «атмосфера» и состоит в основном из газов без цвета и запаха. Иными словами можно сказать, что атмосфера — это газовая оболочка Земли.
Почему мы не замечаем давления воздуха?
Сила всемирного тяготения притягивает все к Земле, в том числе и атмосферу — газовую оболочку планеты. При этом верхние слои атмосферы давят на нижние. Так и возникает атмосферное давление. Трудно поверить, но на небольшой стол размером 1×1 м действует давление, равное давлению, производимому 10 автомобилями. Если это действительно так, то почему же стол не ломается от такой тяжести?
На каждый квадратный сантиметр поверхности нашего тела воздух оказывает давление, приблизительно равное тому, какое оказывает груз массой 1 кг.
Этого не происходит, так как атмосферное давление передается во всех направлениях, а не только вниз. Более того, насколько ты помнишь, согласно третьему закону Ньютона, на этот стол действует такая же сила, но только снизу. И атмосферное давление уравновешивается этой силой.
Известно, что воздух давит на каждого из нас с силой, равной давлению груза массой более 15 т! Это масса трех больших грузовиков! Почему же наши тела не разрушаются под действием атмосферного давления? Дело в том, что воздух внутри каждого нашего органа также находится под давлением. И внутреннее давление воздуха уравновешивает давление, действующее на наше тело снаружи.
Мы не можем жить без атмосферного давления!
Странно, но факт: мы действительно не можем жить без атмосферного давления! Даже сейчас, когда ты читаешь эту статью, твое тело использует атмосферное давление, чтобы перемещать воздух в легкие и из них. Это говорит о том, что благодаря атмосферному давлению мы можем дышать.
Диафрагма — самая важная мышца при вдохе. Она попеременно сокращается и расслабляется, при этом изменяются объем легких и внутреннее давление в них. Когда объем легких увеличивается, то давление в них снижается, т.е. оно становится ниже атмосферного, и воздух начинает поступать в легкие. Так происходит вдох. При повышении давления в легких воздух выходит. Это выдох.
Диафрагма во время дыхания
Как измерить атмосферное давление?
В середине XVII в. выдающийся итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли проделал следующий опыт. Он взял стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, и заполнил ее ртутью.
Затем перевернул трубку и опустил ее в чашку с ртутью. Как выяснилось, некоторое количество ртути вылилось в чашку, а высота оставшегося в трубке столба ртути составила 760 мм.
При этом над поверхностью ртути в трубке образовалось безвоздушное пространство.
Торричелли объяснил это явление следующим образом. На поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление, которое передается в трубку. В связи с тем, что ртуть находится в равновесии, атмосферное давление равно давлению, которое создается весом столба ртути в трубке.
Изменение атмосферного давления
Торричелли также обратил внимание, что уровень столба ртути не находится на одном месте, он меняется: либо повышается, либо понижается.
На основании своих ежедневных наблюдений ученый сделал вывод о том, что если давление повышается, то столб ртути в трубке также повышается, и наоборот. Как правило, колебания атмосферного давления связаны с изменениями погоды.
Если давление падает, то следует ожидать дождь и ветер. В случае повышения давления ожидается улучшение погоды, а зимой — еще и похолодание.
Барометр
Прибор, предназначенный для измерения атмосферного давления, называется «барометр».
Торричелли изобрел ртутный барометр, в котором в качестве измерителя атмосферного давления служит столбик ртути. Такие барометры используются до сих пор.
Однако в настоящее время чаще применяются более современные безжидкостные приборы, так называемые анероидные барометры.
Высота ртути в трубке, равная 760 мм, принята за эталон нормального атмосферного давления, которое можно измерять высотой ртутного столба (в мм). Когда говорят, что атмосферное давление равно, например, 755 мм ртутного столба (мм рт. ст.), это означает, что воздух производит такое же давление, что и столб ртути высотой 755 мм рт. ст.
Как мы реагируем на изменения атмосферного давления?
Наш организм приспособлен для проживания в условиях нормального атмосферного давления, и, к сожалению, любые изменения внешнего давления сказываются на нашем самочувствии.
Ты уже знаешь, что нормальным атмосферным давлением для человека считается давление 760 мм рт. ст. Однако такие показатели барометр фиксирует не так часто.
Это связано с тем, что давление на поверхности Земли непостоянно и неравномерно. Величина атмосферного давления зависит от времени суток, поры года и различных географических условий.
Как правило, суточные колебания давления — не более 4—5 мм. Такую незначительную разницу мы не замечаем и хорошо переносим.
У людей, живущих в Перуанских Андах на высоте 4500 м над уровнем моря, акклиматизация начинается с раннего детства. Даже их внутренние органы приспосабливаются к местным условиям. Так, размер грудной клетки жителя гор гораздо больше, чем человека, живущего на равнине
Давление на высоте
Ты уже знаешь, что верхние слои атмосферы оказывают давление на нижние. Это означает, что у поверхности Земли воздух максимально сжат. Однако чем выше мы поднимаемся над Землей, тем меньше становится слоев воздуха, которые сжимают нижние слои, и соответственно, уменьшается давление. Именно такие перепады давления мы сразу же ощущаем на себе.
Запомни: чем больше высота, тем меньше атмосферное давление
Почему мы это ощущаем
На земле давление воздуха в барабанной полости уха равно нормальному атмосферному давлению. А при наборе самолетом высоты давление снижается, и возникает разница давлений, т.е. наша ушная перепонка оказывается вдавленной. Именно поэтому мы и ощущаем заложенность в ухе.
Наиболее знакомый пример — «закладывание» ушей в самолете при взлете. Как облегчить это состояние? Есть варианты:
- Широко открыть рот.
- Сделать несколько глотательных движений.
Перепады давления в горах
В горах на высоте 2500—3000 м над уровнем моря атмосферное давление гораздо ниже, чем у подножия. В таких условиях из-за разницы давления внутри организма и атмосферного давления наш организм подвергается значительному стрессу. Более того, не исключено появление признаков горной болезни: могут возникнуть боль в ушах, затруднение дыхания, тошнота и слабость.
У тренированных альпинистов и людей, постоянно проживающих в горной местности, такое недомогание встречается крайне редко. Это связано с тем, что их организм уже приспособился к условиям пониженного давления.
Давление под водой и под землей
Представители некоторых профессий вынуждены работать в условиях пониженного давления воздуха. Это шахтеры, водолазы и рабочие кессонов — специальных конструкций, используемых для постройки мостов и других водных сооружений. Опускаясь в глубокую шахту, шахтеры испытывают на себе действие повышенного атмосферного давления. В очень глубоких шахтах оно может достигать около 850 мм рт. ст.
Давление под водой также намного превышает атмосферное. Так, например, при погружении на глубину около 100 м на водолаза будет действовать давление, которое больше атмосферного приблизительно в 10 раз!
Сложности работы водолаза
Погружение на глубину возможно только в специальных водолазных костюмах, причем резиновый скафандр используется для погружения не более чем на 40 м. Работать на больших глубинах можно только в жестком скафандре, который принимает на себя все давление воды
При длительном нахождении водолаза в условиях высокого давления воды часть воздуха, которым он дышит, растворяется в крови.
При этом азот, содержащийся в воздухе, организмом не используется, а накапливается в крови. Во время подъема на поверхность азот выделяется в виде пузырьков, которые могут закупорить кровеносные сосуды.
Для того чтобы не допустить возникновения этих проблем, водолаза поднимают очень медленно!
Если в течение часа водолаз работал на глубине 30 м, то выход на поверхность осуществляется в течение часа, а если тот же час водолаз провел на глубине 60 м, то подъем длится 6 часов!
Поделиться ссылкой
Атмосферное давление – что это за показатель и зачем он нужен
Что такое атмосферное давление?
Все тела во Вселенной имеют свойство притягиваться друг к другу. Крупные и массивные обладают более высокой силой притяжения по сравнению с мелкими. Этот закон присущ и нашей планете. Земля притягивает к себе любые объекты, которые на ней находятся, в том числе окружающую ее газовую оболочку – атмосферу. Хотя воздух намного легче планеты, он имеет большой вес и давит на всё, что находится на земной поверхности. Таким образом возникает атмосферное давление.
Что такое атмосферное давление?
Под атмосферным давлением понимают гидростатическое давление газовой оболочки на Землю и расположенные на ней объекты. На разной высоте и в различных уголках земного шара оно имеет различные показатели, но на уровне моря стандартным принято считать 760 мм ртутного столба.
Это означает, что на квадратный сантиметр любой поверхности оказывает давление воздушный столб массой 1,033 кг. Соответственно, на квадратный метр приходится давление более чем в 10 тонн.
О существовании давления атмосферы люди узнали только в XVII столетии. В 1638 году тосканский герцог решил приукрасить свои сады во Флоренции красивыми фонтанами, но неожиданно обнаружил, что вода в построенных сооружениях не поднимается выше 10,3 метров.
Решив выяснить причину подобного явления, он обратился за помощью к итальянскому математику Торричелли, который путем опытов и анализа определил, что воздух имеет вес.
Как измеряется атмосферное давление?
Атмосферное давление – один из важнейших параметров газовой оболочки Земли. Поскольку в разных местах оно различается, для его замеров используют специальное устройство – барометр. Обычный бытовой прибор представляет собой металлическую коробку с основанием из гофры, в которой напрочь отсутствует воздух.
При росте давления эта коробка сжимается, а при снижении давления, напротив, расширяется. Вместе с движением барометра двигается прикрепленная к нему пружинка, которая оказывает влияние на стрелку на шкале.
На метеорологических станциях используют жидкостные барометры. В них давление измеряют по высоте ртутного столбика, заключенного в стеклянную трубку.
Почему его измеряют?
Почему человечество измеряет атмосферное давление?
Поскольку атмосферное давление создается вышележащими пластами газовой оболочки, по мере повышения высоты оно изменяется. На него могут оказывать влияние как плотность воздуха, так и высота самого воздушного столба. Кроме того, давление меняется в зависимости от места на нашей планете. Это связано с тем, что разные районы Земли расположены на различных высотах над уровнем моря.
Кстати, время от времени над земной поверхностью создаются медленно передвигающиеся области повышенного или пониженного давления. В первом случае они носят название антициклоны, во втором – циклоны. В среднем показатели давления на уровне моря варьируются от 641 до 816 мм ртутного столба, хотя внутри торнадо могут опускаться до 560 мм.
Как атмосферное давление влияет на погоду?
Распределение атмосферного давления по Земле является неравномерным. Это связано с движением воздуха и его способностью создавать так называемые барические вихри.
В северном полушарии вращение воздуха по часовой стрелке приводит к образованию нисходящих воздушных потоков (антициклонов). Они приносят в конкретную местность ясную либо малооблачную погоду с полным отсутствием дождя и ветра.
Но если воздух вращается против часовой стрелки, то над землей образуются восходящие вихри. Они характерные для циклонов, с сильными осадками, шквальными ветрами, грозами. Кстати, в южном полушарии циклоны движутся по часовой стрелке, антициклоны – против нее.
Как оно влияет на человека?
На каждого человека давит воздушный столб массой от 15 до 18 тонн. В иных ситуациях такой вес мог бы раздавить всё живое, но давление внутри нашего организма равняется атмосферному. Поэтому при нормальных показателях в 760 мм ртутного столба мы не испытываем никакого дискомфорта.
Если же атмосферное давление выше или ниже нормы, некоторые люди (особенно пожилые или больные) чувствуют недомогание, головную боль, отмечают обострение хронических болезней.
Чаще всего неприятные ощущения человек испытывает на больших высотах (например, в горах), поскольку в таких районах давление воздуха ниже, чем на уровне моря.
Атмосферное давление
- Участник: Вертушкин Иван Александрович
- Руководитель: Виноградова Елена Анатольевна
Тема : “Атмосферное давление”
Сегодня за окном идёт дождь. После дождя уменьшилась температура воздуха, увеличилась влажность и уменьшилось атмосферное давление.
Атмосферное давление является одним из основных факторов, определяющих состояние погоды и климата, поэтому знания об атмосферном давлении необходимы в прогнозировании погоды. Большое практическое значение имеет умение измерять атмосферное давление. И его можно измерить специальными приборами-барометрами.
В жидкостных барометрах при изменении погоды столбик жидкости понижается или повышается.
Знания об атмосферном давлении необходимы в медицине, в технологических процессах, жизнедеятельности человека и всех живых организмов. Существует прямая связь между изменениями атмосферного давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления может служить признаком изменения погоды и влияет на самочувствие человека.
Описание трёх взаимосвязанных физических явлений из повседневной жизни:
- Связь между погодой и атмосферным давлением.
- Явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
- Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.
Актуальность работы
Актуальность выбранной темы состоит в том, что во все времена люди, благодаря своим наблюдениям за поведением животных могли предугадать изменения погоды, стихийные бедствия, избежать людских жертв.
Влияние атмосферного давления на наш организм неизбежно, резкие изменения атмосферного давления влияют на самочувствие человека, особенно страдают метеозависимые люди.
Конечно, уменьшить влияние атмосферного давления на здоровье человека мы не в силах, но помочь собственному организму можем.
Правильно организовать свой день, распределить время между трудом и отдыхом может помочь умение измерять атмосферное давление, знание народных примет, использование самодельных приборов.
Цель работы: выяснить, какую роль в повседневной жизни человека играет атмосферное давление.
Задачи:
- Изучить историю измерения атмосферного давления.
- Установить, есть ли связь между погодой и атмосферным давлением.
- Изучить виды приборов, предназначенных для измерения атмосферного давления, изготовленных человеком.
- Изучить физические явления, лежащие в основе работы приборов для измерения атмосферного давления.
- Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости в жидкостных барометрах.
Методы исследования
- Анализ литературы.
- Обобщение полученной информации.
- Наблюдения.
- Область исследования: атмосферное давление
- Гипотеза: атмосферное давления имеет важное значение для человека.
- Значимость работы: материал данной работы может быть использован на уроках и во внеурочной деятельности, в жизни моих одноклассников, учеников нашей школы, всеми любителями исследований природы.
План работы
I. Теоретическая часть (сбор информации):
- Обзор и анализ литературы.
- Интернет-ресурсы.
II. Практическая часть:
- наблюдения;
- сбор информации о погоде.
III. Заключительная часть:
- Выводы.
- Презентация работы.
История измерения атмосферного давления
Мы живем на дне огромного воздушного океана, называемого атмосферой. Все изменения, которые происходят в атмосфере, непременно оказывают влияние на человека, на его здоровье, способы жизнедеятельности, т.к. человек является неотъемлемой частью природы.
Каждый из факторов, определяющих погоду: атмосферное давление, температура, влажность, содержание в воздухе озона и кислорода, радиоактивность, магнитные бури и др. оказывает прямое или косвенное воздействие на самочувствие и здоровье человека.
Остановимся на атмосферном давлении.
Атмосферное давление — это давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.
В 1640 году великий герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца и приказал для этого подвести воду из ближайшего озера с использованием всасывающего насоса. Приглашенные флорентийские мастера сказали, что это невозможно, потому что воду нужно было всасывать на высоту более 32 футов (более 10 метров). А почему вода не всасывается на такую высоту, объяснить не могли.
Герцог попросил разобраться великого ученого Италии Галилео Галилея. Хотя ученый уже был стар и болен и не мог заняться экспериментами, он все-таки предположил, что решение вопроса лежит в области определения веса воздуха и его давления на водную поверхность озера. За разрешение этого вопроса взялся ученик Галилея Эванджелиста Торричелли.
Для проверки гипотезы своего учителя он провел свой знаменитый опыт. Стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, заполнил полностью ртутью, и плотно закрыв открытый конец трубки, перевернул ее этим концом в чашку с ртутью. Часть ртути из трубки вылилась, часть осталась. Над ртутью образовалось безвоздушное пространство.
Атмосфера давит на ртуть в чашке, ртуть в трубке тоже давит на ртуть в чашке, так как установилось равновесие, то эти давления равны. Рассчитать давление ртути в трубке означает рассчитать давление атмосферы. Если атмосферное давление повышается или понижается, то столбик ртути в трубке соответственно повышается или понижается. Так появилась единица измерения атмосферного давления – мм. рт.
ст. – миллиметр ртутного столба. Наблюдая за уровнем ртути в трубке, Торричелли заметил, что уровень меняется, значит, он не является постоянным и зависит от изменения погоды. Если давление повышается, погода будет хорошей: холодной – зимой, жаркой – летом. Если давление резко понижается, значит, ожидается появление облачности и насыщение влагой воздуха.
Трубка Торричелли с приставленной линейкой представляет собой первый прибор для измерения атмосферного давления – ртутный барометр. (Приложение 1)
Ртутный барометр
Создавали барометры и другие ученые: Роберт Гук, Роберт Бойль, Эмиль Марриот. Водяные барометры сконструировал французский ученый Блез Паскаль и немецкий бургомистр города Магдебурга Отто фон Герике. Высота такого барометра составляла более 10 метров.
Для измерения давления пользуются различными единицами: мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.
Связь между погодой и атмосферным давлением
В романе Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан» заинтересовало описание о том, как понимать показания барометра.
«Капитан Гуль, хороший метеоролог, научил его понимать показания барометра. Мы вкратце расскажем, как надо пользоваться этим замечательным прибором.
- Когда после долгого периода хорошей погоды барометр начинает резко и непрерывно падать это верный признак дождя. Однако если хорошая погода стояла очень долго, то ртутный столбик может опускаться два-три дня, и лишь после этого произойдут в атмосфере сколько-нибудь заметные изменения. В таких случаях чем больше времени прошло между началом падения ртутного столба и началом дождей, тем дольше будет стоять дождливая погода.
- Напротив, если во время долгого периода дождей барометр начнет медленно, но непрерывно подниматься, можно с уверенностью предсказать наступление хорошей погоды. И хорошая погода удержится тем дольше, чем больше времени прошло между началом подъема ртутного столба и первым ясным днем.
- В обоих случаях изменение погоды, происшедшее сразу после подъема или падения ртутного столба, удерживается весьма непродолжительное время.
- Если барометр медленно, но беспрерывно поднимается в течение двух-трех дней и дольше, это предвещает хорошую погоду, хотя бы все эти дни и лил, не переставая, дождь, и vice versa. Но если барометр медленно поднимается в дождливые дни, а с наступлением хорошей погоды тотчас же начинает падать, хорошая погода удержится очень недолго, и vice versa
- Весной и осенью резкое падение барометра предвещает ветреную погоду. Летом, в сильную жару, оно предсказывает грозу. Зимой, особенно после продолжительных морозов, быстрое падение ртутного столба говорит о предстоящей перемене направления ветра, сопровождающейся оттепелью и дождем. Напротив, повышение ртутного стол ба во время продолжительных морозов предвещает снегопад.
- Частые колебания уровня ртутного столба, то поднимающегося, то падающего, ни в коем случае не следует рассматривать как признак приближения длительного; периода сухой либо дождливой погоды. Только постепенное и медленное падение или повышение ртутного столба предвещает наступление долгого периода устойчивой погоды.
- Когда в конце осени, после долгого периода ветров и дождей, барометр начинает подниматься, это предвещает северный ветер в наступление морозов.
Вот общие выводы, которые можно сделать из показаний этого ценного прибора. Дик Сэнд отлично умел разбираться в предсказаниях барометра и много раз убеждался, насколько они правильны. Каждый день он советовался со своим барометром, чтобы не быть застигнутым врасплох переменой погоды.»
Я провел наблюдения за изменением погоды и атмосферным давлением. И убедился, что существует эта зависимость.
| Дата | Температура, °С | Осадки, | Атмосферное давление, мм рт.ст. | Облачность |
| 28.01.2017 | -3 | 765 | ясно |
Интегрированный урок (биология + физика) "Газообмен в легких и тканях. Диффузия в газах и жидкостях"
“Dum spiro, spero”
“Пока дышу, надеюсь”
Овидий
| Целеполагания учителя | Целеполагания ученика: |
Образовательные
|
Знать:особенности строения и функции органов дыхания;
|
| Развивающие:
|
Уметь:планировать свою учебную деятельность;
|
Воспитательные:
|
Оборудования и материалы:
Прибор для сравнения содержания углекислого
газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.
Слайды для просмотра на фильмопроекторе
“Дыхание в горах”, “Дыхание над водой”.Презентация.
Фильмопроектор, кодопроектор,
кодотранспаранты “Газообмен в легких и тканях”,
“Перенос газов кровью”, ”Дыхание в горах и над
водой”.
Дидактические карточки для актуализации
опорных знаний, закрепления и первичного
контроля.
Базовые понятия и термины:
|
|
ХОД УРОКА
I. Организационный момент:
Здравствуйте. Поприветствуйте присутствующих
и друг друга!
На прошлом уроке мы изучили тему “Значение
дыхания, Органы дыхательной системы”.
II. Актуализация опорных знаний и мотивация
учебной деятельности.
С целью актуализации опорных знаний проводим
проверку изученного материала.
1. Индивидуальная работа по карточкам. Аргументируйте высказывание Гиппократа “Воздух-это пастбище жизни”.
Слайд 1
2. Письменная работа по вариантам.
Самопроверка по ключу (работа над ошибками).
Приложение 1
Слайд 2
3. Обсуждение устных ответов.
- Слайд 3
- III. Изучение нового материала
- Дыхание – свойство и признак всех живых
организмов в природе, а воздух – это “пастбище
жизни”, поэтому нам сегодня предстоит решить
проблему, высказанную римским поэтом Овидием
“Пока дышу, надеюсь”.
Тема урока “Строение легких. Газообмен в
легких и тканях. Диффузия в жидкостях и газах.”
Так как все процессы в живых организмах
подчинены физическим законам, урок
интегрированный. Биология – физика.
Слайд 4, 5
Цель урока:
Что бы вы хотели узнать, исходя из данной темы
урока? (Целеполагание определяют учащиеся.
Конкретизация целей и задач.)
Учитель биологии: Дыхательная система
состоит из воздухоносных путей и легких. С целью
изучения особенностей строения и функций легких
проведем самостоятельную с учебником.
Самостоятельная работа с учебником по
вариантам. Прочитайте в учебнике статью о
строении легких п.24, стр. 103, 104, выделите:
Слайд 6
I в. – “Y” – знакомую информацию.
II в. – “t” – новую информацию
III в. – “?” – хочу спросить
Слайд 7
После выполнения идет обсуждение
Учитель биологии: Человек дышит
атмосферным воздухом, а точнее смесью газов.
Проанализируйте данные таблицы, сравните,
сделайте вывод о составе вдыхаемого и
выдыхаемого воздуха.
Изменение состава вдыхаемого и
выдыхаемого воздуха
| О2 | N | CО2 | Инертные газы | Водяной пар | |
| Вдыхаемый воздух | 21% | 79% | 0,03% | Небольшое кол-во | Небольшое кол-во |
| Выдыхаемый воздух | 16% | 79% | 4% | Небольшое кол-во | Увеличенное кол-во |
Слайд 8
Вывод: в выдыхаемом воздухе увеличивается
количество углекислого газа на 4% и водяных паров.
Используется 5% кислорода.
Подтвердить результаты сравнения сможем,
выполнив лабораторную работу (стр.105)
Лабораторная работа.
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха Слайд 9
Цель: исследовать состав выдыхаемого
воздуха.
Оборудование:
прибор для сравнения
содержания углекислого газа во вдыхаемом и
выдыхаемом воздухе, известковая вода.
Вывод:
известковая вода под действием
углекислого газа выдыхаемого воздуха мутнеет и
образуется осадок.
Слайд 10
Таким образом, в выдыхаемом воздухе
увеличивается количество углекислого газа.
Учитель биологии: У человека
дыхание осуществляется благодаря
последовательности процессов:
Сегодня мы рассмотрим легочное и тканевое
дыхание.
Мы убедились, что количество кислорода
уменьшается, а углекислого газа увеличивается,
кислород из воздуха, находящегося в альвеолах,
переходит в кровь, а углекислота покидает кровь и
переходит в альвеолярный воздух.
Почему это происходит? Как это происходит?
Чтобы объяснить этот процесс, мы должны
обратиться к физике, потому что переход газов из
окружающей среды в жидкость и из жидкости в
воздух подчиняется физическим законам.
Учитель физики: Парциальное давление.
Газообмен в легких и тканях.
Приложение 2
Хорошо известно, что воздух представляет собой
смесь газов, в которую входят азот, кислород,
углекислый газ, аргон и другие инертные газы. Вся
эта воздушная масса давит на нас с силой 760 мм
рт.ст. В этой смеси каждый газ имеет свое
независимое давление.
Такое давление называют
парциальным (от латинского “парц” – часть и
обозначается символом Р). Парциальное давление
каждого газа воздуха легко подсчитать. Например,
кислород составляет на любой высоте 20,9% воздуха,
а его парциальное давление на уровне моря при
барометрическом давлении 760 мм рт.ст.
будет равно:
Р (О2) = (760 х 20,9): 100 = 159 мм рт.ст.; аналогичным
образом рассчитывается давление других газов:
P(N2) = 600,8 мм рт.ст. Р(СО2) = 0,2 мм
рт.ст.
На пленке изображена схема, демонстрирующая
каскады дыхательных газов в соответствии с их
парциальным давлением. Ключевыми моментами для
дыхания в этом каскаде несомненно является
переход газов из легких в кровь и из крови в
ткани.
Стенки легочных альвеол человека состоят из
однослойного плоского эпителия, покрытого
слизью. Это позволяет газам легко диффундировать
согласно закону диффузии. Направление и скорость
этого процесса определяется парциальным
давлением газа, или его напряжением.
В протекающей к капиллярам легких венозной
крови напряжение кислорода составляет 40, а
углекислого газа – 47 мм рт.ст.
Согласно законам физики, если над жидкостью
находится смесь газов или две жидкости разделены
проницаемой для газов мембраной, то газы будут
диффундировать от места большего давления к
месту меньшего до тех пор, пока не установится
динамическое равновесие.
Поскольку парциальное
давление кислорода в альвеолах больше, чем в
венозной крови, то кислород диффундирует из
альвеолы в капилляры. Напротив, напряжение
углекислого газа больше в венозной крови, чем в
альвеолярном воздухе, поэтому углекислый газ
диффундирует в альвеолы.
Условия для газообмена
в легких настолько благоприятны, что данный
процесс протекает за 1 с.
Какие особенности строения капилляр и альвеол
обеспечивают интенсивность газообмена?
Потребность человека в кислороде равна 350
мл/мин; при физической работе она доходит до 5000
мл/мин. Ее можно полностью удовлетворить, если
учесть, что разности в парциальном давлении в 1мм
рт.ст.
достаточно, чтобы в кровь перешло 250 мл
кислорода, а разность между парциальным
давлением в воздухе и его напряжением в крови
составляет 70 мм рт.ст.
Это удовлетворяет
максимальные потребности организма.
Учитель биологии:
Фронтальная беседа Слайд 11
Приложение 3
Второй этап дыхания человека – перенос газа
кровью. В состоянии покоя за 1 минуту мы в среднем
потребляем 250 мл кислорода и выделяем 200 мл
углекислого газа.
Газы, входящие в состав
воздуха, очень слабо растворяются в жидкостях.
Однако в крови имеется удивительное вещество –
гемоглобин, которое способно химически
связывать кислород и углекислый газ, а также
поддерживать постоянную реакцию крови.
Кровь, поступив через легочную артерию в
легкие, растекается в капиллярах по площади
альвеол тонким слоем, обеспечивает газообмен.
Кислород, переходя из альвеольного воздуха в
кровь, вступает в непрочное соединение с
гемоглобином – оксигемоглобин. В виде
оксигемоглобина кислород от легких кровью
переносится к тканям.
Перенос кислорода полностью осуществляется с
помощью иона железа, содержащегося в
гемоглобине. Одна такая молекула присоединяет
четыре молекулы кислорода.
При этом гемоглобин
превращается в оксигемоглобин, а кровь из
вишневой венозной становится алой артериальной.
Эта реакция обратима.
Перенос кислорода плазмой
незначителен и большого значения в дыхании не
имеет (в 100 мл артериальной крови растворено 3 мл
свободного кислорода и 19 мл связано
гемоглобином).
Перенос углекислого газа также связан с
гемоглобином. Примерно около 10% газа соединяется
с белком и образует непрочное химическое
соединение карбогемоглобин. Остальная часть
соединяется с водой и превращается в угольную
кислоту. Далее кислота реагирует с ионами натрия
и калия в плазме крови.
Учитель физики:
Газообмен в тканях протекает
по тем же физическим законам. Ткани поглощают О2
и отдают СО2. газы переходят из области
большего напряжения в область меньшего
напряжения, Р(О2) в тканях составляет 20 – 40
мм рт.ст, а СО2 – 60 мм рт.ст. На интенсивность
газообмена влияют длина капилляров, разница
напряжений, химический состав крови, скорость
кровотока и т.д. Чем интенсивнее обмен в
какой-либо ткани, органе или системе органов, тем
больше требуется кислорода.
Умение обобщать, делать выводы
Вопрос классу.
Сделайте вывод о причинах диффузии газов в
организме человека.
Вывод.
Движение газов осуществляется за счет
разности между парциальным давлением газов в
альвеолах и давлением напряжения в крови.
Движение газов идет из области высокого давления
в область низкого давления. Кислорода много в
альвеолах и мало в капиллярах, углекислого газа
мало в альвеолах и много в капиллярах. Учитель физики: Обязательным условием
нормального дыхания является определенная
концентрация кислорода в воздухе и уровень
атмосферного давления. Эти показатели меняются,
если человек поднимается в горы или опускается
под воду.
Учащиеся выполняли опережающее задание,
готовили
сообщения.
Сообщение 1. Особенности дыхания в горах.
Приложение 4
Слайд 12
Приложение 5
Сообщение 2. Особенности дыхания под водой.
Приложение 6
IV. Закрепление изученного материала.
Работа в группах
- У здорового жителя высокогорья обнаружено повышенное содержание эритроцитов в крови. Можете ли вы объяснить причину и предположить, на како примерно высоте живет данный человек.
- Чемпионы по нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4–5 минут. Почему у них не возникает кессонная болезнь?
- Для глубоководных погружений водолазам составляют газовые смеси, которыми они дышат. В этой смеси азот заменяется гелием. Объясните с чем связана такая замена?
Исправьте ошибки в тексте. Работа
в парах.
Приложение 7
V. Первичный контроль знаний.
И так, ребята, вы узнали, что дыхание у человека
осуществляется по физическим и химическим
законам. Это доказывает единство органического
мира, единство происхождения жизни на Земле.
Указанные процессы сгруппируйте как
происходящие:
Слайд 13
Приложение 8
Взаимопроверка по ключу.
Слайд 14
VI. Домашнее задание.
§ 24. Творческое задание по выбору:
- Составить синквейн “газообмен”.
- Подготовить сообщение “Первый вдох новорожденного”.
- Изготовить модель грудной клетки.
Слайд 15
Источники информации
4.04.2007
Загрузка...
