Биология 9 класс учебник Пасечник, Суматохин ответы – страница 92

   Исследование «Влияние утренней гимнастики на изменение веса человека».

   Цель работы: Выяснить, как регулярное выполнение утренней гимнастики в течение 4–6 недель влияет на массу тела и некоторые антропометрические показатели школьников.
   Объект исследования: 15–30 человек
   Актуальность: Утренняя гимнастика является доступным каждому способом начать день с пользой. Но действительно ли она помогает контролировать вес? В рамках школьного исследования мы можем провести эксперимент, чтобы проверить влияние регулярной зарядки на организм.
   Гипотезы: регулярная утренняя гимнастика способствует снижению или стабилизации массы тела у школьников с избыточным весом и улучшению показателей физического развития.

   Часть 1. Теоретическая.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Разработка программы упражнений:
   1. Разминка: ходьба на месте, повороты головы, вращения плечами.
   2. Основная часть:
       • Наклоны и повороты туловища
       • Приседания (15–20 раз)
       • Махи ногами
       • Упражнения для рук и плечевого пояса
       • «Велосипед» лежа на спине
   3. Заминка и растяжка: упражнения на гибкость, дыхательные упражнения.
   Измерения проводятся до начала эксперимента и после его завершения.

   Экспериментальная группа: выполняет комплекс упражнений ежедневно утром (до завтрака) в одно и то же время.
   Контрольная группа: продолжает обычный образ жизни без дополнительной зарядки.
   Дневник наблюдения: записывать дату, время выполнения, самочувствие, настроение

   Вывод: Гипотеза исследования подтвердилась частично — утренняя гимнастика действительно положительно влияет на массу тела и физическое состояние школьников, однако её роль заключается скорее в коррекции веса и формировании здоровых привычек, чем в резком похудении. Для достижения значительного изменения веса необходим комплексный подход.

   Исследование: Влияние утренней гимнастики на изменение пропорций тела человека.

   Цель: экспериментально проверить, как влияет выбранный комплекс утренней гимнастики на изменение антропометрических показателей и пропорций тела школьников.
   Актуальность: Для школьников и подростков изменение пропорций тела и формирование правильной осанки — одна из ключевых задач физического развития. Неправильная осанка может не только выглядеть неэстетично, но и привести к серьезным проблемам со здоровьем, в то время как грамотно подобранные упражнения утренней гимнастики помогают гармонично развивать мускулатуру и целенаправленно формировать красивую фигуру.
   Гипотеза: Регулярное выполнение специально подобранного комплекса утренней гимнастики в течение 8–12 недель способствует положительной динамике антропометрических показателей и улучшению индексов, отражающих пропорции тела у школьников 12–16 лет по сравнению с контрольной группой, которая не выполняет упражнения

   Часть 1. Теоретическая.
   Методика.    Для оценки пропорций тела потребуются антропометрические измерения:

   Индексы для расчета пропорций:
      • Индекс талия/бедра: ОТ / ОБ. Для девушек норма — до 0,85, для юношей — до 1,0. Это показатель распределения жировой ткани.
      • Индекс талия/рост: ОТ / рост. Значение 0,5 и выше указывает на риск метаболических нарушений.
   Форма сбора данных:

   Примерный комплекс упражнений (утром, до завтрака, 10–15 мин):
      1. Наклоны головы и вращения плечами (1–2 мин) — разминка для шеи и плечевого пояса, чтобы подготовиться к нагрузке.
      2. «Кошка» (прогибы и выгибания спины). Из положения на четвереньках прогибаем спину вниз (вдох) и выгибаем дугой вверх (выдох). Это отличное упражнение для развития гибкости и подвижности позвоночника.
      3. Подъемы рук/ног в упоре или «Лодочка». Лежа на животе, одновременно отрываем руки и ноги от пола, задерживаясь в этом положении — эффективно укрепляет мышцы спины и ягодиц.
      4. Приседания. Следим за осанкой: пятки не отрываются, спина прямая, колени не выходят за носки — помогает подтянуть бедра и ягодицы.
      5. Подъемы таза («Мостик»). Лежа на спине, ноги согнуты, стопы на полу, поднимаем таз вверх — укрепляет ягодицы и поясницу.
      6. Планка (боковая или прямая, по силам). Укрепляет корсет (мышцы живота, спины, ягодиц).
      7. Растяжка. Встаем, тянем руки вверх, потягиваемся, делаем наклоны в стороны — это завершает зарядку.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Этап 1: Провести замеры всех участников (ЕГ и КГ) по всем выбранным показателям.
   Этап 2: Участники ЕГ ежедневно (или минимум 5 раз в неделю) выполняют утреннюю гимнастику по разработанному комплексу.
   Этап 3: По окончании срока (через 8–12 недель) проводятся контрольные замеры у всех участников по тем же методикам.
   Результаты: В ходе такого исследования обычно наблюдается следующая динамика:
     • Улучшение внешних очертаний тела.
        У участников ЕГ уменьшается окружность талии, а также может увеличиться окружность грудной клетки.
     • Нормализация индексов.
        Показатели соотношения талии и бедер (WHR) и соотношения талии и роста (WHtR) приходят в норму.
     • Улучшение осанки.
        Школьники начинают лучше контролировать положение своего тела, спина становится прямее.
     • Возможные гендерные различия.
        У девушек утренние упражнения могут быть более эффективны для снижения количества жира в области живота, в то время как вечерние — для роста мышечной выносливости и силы.

   Вывод: В ходе исследования было установлено, что регулярное выполнение утренней гимнастики в течение 8–12 недель оказало положительное влияние на пропорции тела школьников. У участников экспериментальной группы наблюдалось уменьшение жировых отложений в области талии и формирование правильной осанки. Полученные данные подтверждают гипотезу о том, что утренняя гимнастика, как доступная форма физической активности, может служить эффективным средством коррекции фигуры и гармоничного физического развития в подростковом возрасте.

   Исследование: Выявление роли противопоставления большого пальца остальным пальцам руки.

   Цель: Экспериментально доказать, что противопоставление большого пальца является критическим фактором для выполнения точных и силовых действий кистью человека.
   Гипотеза: Если временно ограничить подвижность большого пальца и исключить его противопоставление, то эффективность выполнения повседневных мелкомоторных и силовых задач резко снизится.
   Объект исследования: кисть человека.

   Часть 1. Теоретическая.
   Седловидный сустав большого пальца и мышца, которая им управляет — это главные элементы, которые обеспечивают самую уникальную способность нашей руки: противопоставление первого пальца мизинцу.
   Запястно-пястный сустав большого пальца. Форма суставных поверхностей напоминает всадника в седле — одна кость выпуклая, а другая вогнутая. Такая необычная форма позволяет суставу двигаться сразу вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Благодаря этому возможен очень широкий спектр движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, а также круговые движения и, что самое важное, противопоставление и обратное движение.
   Этот сустав в полной мере есть только у человека. Именно его форма и позволила нашей руке стать способной к точной, сложной работе, кардинально отличающей нас от других приматов.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Каждый тест выполняется дважды:
     1. Нормальные условия (свободная рука).
     2. С ограничением (зафиксировать большой палец в приведённом положении (прижатым к указательному пальцу) с помощью лейкопластыря).
   Серия тестов:

   Протокол наблюдений:

   Вывод: все показатели резко ухудшаются, особенно точные захваты.

   Общий вывод: В 92% тестов точные движения стали невозможны или заняли в 5–8 раз больше времени. Сила кисти упала на 50–70%. Это доказывает, что противопоставление большого пальца критически необходимо для человеческой деятельности.

   Исследование прочности трубки и стержня равной массы.

   Цель: Сравнить прочность полой трубки и сплошного стержня одинаковой массы и длины, чтобы объяснить преимущество трубчатого строения длинных костей человека.
   Гипотеза: При одинаковой массе полая трубка будет значительно прочнее сплошного стержня, так как материал у нее дальше от центральной оси, что увеличивает момент инерции сечения.
   Оборудование: Сплошной стержень (модель массивной кости), полый цилиндр (модель трубчатой кости), грузы, линейка, весы.

   Часть 1. Теоретическая.
   Трубчатая кость — это эволюционный шедевр инженерной оптимизации: при минимальной массе она в 3–5 раз прочнее на изгиб и кручение, чем сплошной стержень той же массы, благодаря полой конструкции и периферическому расположению компактного вещества.
   Трубчатая кость состоит из:
     • Эпифизы — расширенные концы, покрытые суставным хрящом, участвуют в образовании сустава.
     • Диафиз — средняя часть, полая трубка из компактного вещества.
     • Костномозговая полость — находится внутри диафиза, заполнена жёлтым костным мозгом.
     • Компактное вещество — плотный наружный слой, обеспечивает прочность.
     • Губчатое вещество — внутри эпифизов, похоже на соты, содержит красный костный мозг.
     • Надкостница — тонкая соединительнотканная оболочка снаружи, содержит сосуды и нервы, отвечает за рост кости в толщину и регенерацию.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Тест на изгиб (основной).
   Этот тест моделирует нагрузку, которая действует на кость при сгибании конечности или боковом ударе.
   Положите образец на две опоры, расположенные на расстоянии 12 см друг от друга. Подвесьте в середине образца ёмкость для грузов. Постепенно добавляйте нагрузку. Измеряйте прогиб линейкой снизу. Зафиксируйте нагрузку, при которой образец разрушается.
   Опыт 2. Тест на сжатие (дополнительный).
   Этот тест моделирует нагрузку веса тела на позвоночник или бедренную кость.
   Установите образец вертикально между столом и рукой. Сверху положите груз. Наблюдайте, при какой нагрузке начнется продольный изгиб.
   Ожидаемые результаты:

   Вывод: полая трубка оказалась значительно прочнее на изгиб и сжатие, чем сплошной стержень. Бедренная и плечевая кости человека — такие же «трубки». Внутри у них находится костномозговая полость, а твердое компактное вещество сосредоточено по краям.

   Исследование роли лучевой и локтевой костей при вращении руки.

   Цель: Выяснить, почему при повороте кисти ладонью вверх и вниз локтевая кость остаётся почти неподвижной, а лучевая кость пересекает её и вращается вокруг.
   Гипотеза: Уникальная подвижность предплечья обеспечивается за счёт двух разных костей, одна из которых, лучевая, может поворачиваться вокруг другой, локтевой, а не за счёт вращения всей конечности от плеча.
   Оборудование: Бумажная модель

   Часть 1. Теоретическая.
   Локтевая кость — фиксирована к плечевой кости в локтевом суставе, практически не вращается. Лучевая кость — вращается вокруг локтевой; её головка скользит по вырезке локтевой кости. Проксимальный лучелоктевой сустав — кольцевидная связка удерживает головку лучевой кости. Дистальный лучелоктевой сустав позволяет нижним концам костей расходиться.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Изготовление модели:
   Скрутите два плотных бумажных цилиндра — это лучевая и локтевая кости. Свяжите их на концах резинками так, чтобы они были параллельны.
   Опыт 1. Изучение на себе
   Сядьте, согните предплечье под 90°, локоть прижат к телу. Положите большой палец на головку локтевой кости. Медленно поворачивайте кисть ладонью вверх → вниз (головка локтевой кости не движется). Положите палец на головку лучевой кости (она явно вращается под пальцем).
   Опыт 2. Тест на модели.
   Возьмите модель с двумя одинаковыми палочки. Одну (локтевую палочку) плотно прижмите к столу. Вторую (лучевую) закрепите резинкой на одном конце, а другой конец оставьте свободным. Поворачивайте свободный конец, и вы увидите, что лучевая палочка описывает дугу, а локтевая остаётся неподвижной.
   Ожидаемые результаты:

   Вывод: Лучевая и локтевая кости не вращаются вместе как единое целое. Локтевая кость выполняет роль неподвижной оси, обеспечивая механическую стабильность предплечья. Лучевая кость — подвижный элемент, позволяя кисти поворачиваться на 150–180°. Без такой конструкции вращение кисти было бы невозможным.

   Исследование роли плечевого пояса в движении руки.

   Цель: Выяснить, как подвижность плечевого пояса влияет на амплитуду движений руки, и почему эти кости не жёстко прикреплены к туловищу.
   Гипотеза: Плечевой пояс увеличивает объём и свободу движений руки за счёт того, что лопатка может скользить по грудной клетке, а ключица вращаться в грудино-ключичном суставе. При фиксированном поясе рука теряет значительную часть подвижности.
   Оборудование: Два стула с высокими спинками, лента/ремень, транспортир с ниткой и грузиком, сантиметровая лента.

   Часть 1. Теоретическая.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Наблюдение на себе.
   Встаньте свободно, руки опущены. Положите ладонь на противоположную лопатку. Поднимите прямую руку вперёд до упора. Ощутите движение лопатки — она отходит от позвоночника и поворачивается. Теперь зафиксируйте лопатку — прижмитесь спиной к стене или сядьте на стул так, чтобы спинка стула упиралась в лопатку, не давая ей двигаться.
   Снова поднимите ту же руку вперёд. Сравните максимальный угол подъёма.
   Измерение амплитуды:

   Опыт 2. Тест на ротацию и заведение руки за спину.
   Свободно: заведите руку за спину и достаньте до противоположной лопатки.
   С фиксированной лопаткой: повторите попытку (рука не дойдёт даже до середины спины).
   Ожидаемые результаты:

   Вывод: При фиксации лопатки рука работает только за счёт плечевого сустава. При свободной лопатке добавляются: скольжение лопатки по грудной клетке вверх-вниз и в стороны и движения ключицы в грудино-ключичном суставе. Плечевой пояс не является неподвижным кольцом — лопатка и ключица подвижны, что критически увеличивает объём движений руки.

   Исследование механических свойств костной ткани.

   Цель работы: Экспериментально изучить, почему костная ткань одновременно твёрдая и упругая, а также как меняются её свойства при потере минералов или коллагена.
   Гипотеза: Кость является композитным материалом: жёсткость и прочность на сжатие придают минеральные соли, а упругость — коллагеновые волокна. Удаление одного из компонентов резко меняет механику.
   Оборудование и материалы:

   Часть 1. Теоретическая.
   Химический состав костей:
      • Неорганические вещества (60–70%) — в основном гидроксиапатит, соли кальция и фосфора. Обеспечивают твёрдость и прочность на сжатие.
      • Органические вещества (20–30%) — коллаген, а также остеокальцин, протеогликаны. Обеспечивают эластичность и вязкость.
      • Вода (5–10%) — участвует в обмене веществ.
   Кость — это композит «минералы + коллаген», что даёт сочетание твёрдости и упругости.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Испытание на изгиб.
   Закрепите образец на двух опорах (расстояние 5 см). Подвешивайте груз в середине до разрушения или появления трещины. Измерьте максимальную нагрузку и характер разрушения.

   Опыт 2. Испытание на сжатие.
   Поместите небольшой фрагмент кости (высотой 1 см) между двумя дощечками. Постепенно нагружайте сверху грузом (нативная кость выдерживает большую нагрузку, декальцинированная расплющивается, выжженная рассыпается).
   Опыт 3. Твёрдость.
   Проведите стальным лезвием по поверхности образцов. (Нативная: царапина едва заметна; декальцинированная — легко режется ножом; выжженная –крошится под лезвием).

   Вывод: Костная ткань обладает уникальным сочетанием твёрдости и упругости благодаря композитному строению. Декальцинированная кость теряет жёсткость, но становится очень гибкой. Выжженная кость становится хрупкой. Такая конструкция позволяет кости выдерживать большие статические нагрузки и одновременно поглощать энергию удара без перелома.

   Проект «Биомеханика человека: почему мышцы не могут быть прикреплены прямо к костям?»

   Цель работы: Доказать, что скелет и мышцы человека работают по принципу рычагов, и объяснить, ради чего природа пожертвовала силой ради скорости и точности движений.
   Гипотеза: Человеческое тело — это сложная система рычагов третьего рода, которая, проигрывая в силе, позволяет конечностям совершать быстрые и амплитудные движения.

   Часть 1. Теоретическая.
   Что такое рычаг в физике и биологии?
   В физике рычаг — это твёрдое тело, вращающееся вокруг точки опоры. Формула равновесия: F1 · l1 = F2 · l2, где F — силы, l — плечи рычага.
   В теле человека:
      • Точка опоры — сустав.
      • Сила — тяга мышцы (через сухожилие).
      • Сопротивление — масса сегмента тела + внешний груз.
   Три рода рычагов в теле человека:

   99% рычагов нашего тела — третьего рода. Это значит, что мышца прикрепляется очень близко к суставу, а груз — далеко.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Изучение рычага 3-го рода на примере локтевого сустава.
   Оборудование: Линейка, груз 1 кг, канцелярская резинка.
   Ход работы:
   Положите предплечье на стол. Возьмите в кулак груз. Отметьте точки:
      • Опора: Локоть (0 см).
      • Место крепления мышцы-бицепса: 3 см от локтя (бугорок лучевой кости).
      • Место действия груза: кисть (30–35 см от локтя).
   Расчёт:
      • Плечо мышцы l1 = 3 см
      • Плечо груза l2 = 30 см
      • Соотношение: 30/3 = 10
   Чтобы удержать груз 1 кг (10 Н), бицепс должен развивать силу 10 · 10 Н = 100 Н (примерно 10 кг).
   Вывод: Мышца сокращается всего на 1 см, а кисть с грузом поднимается на 10 см. Следовательно, выигрыш в скорости в 10 раз. Но сила мышцы должна быть в 10 раз больше веса груза, следовательно, проигрыш в силе.
   Опыт 2. Исследование рычага 2-го рода на примере стопы.
   Оборудование: Напольные весы.
   Ход работы:
   Встаньте на весы одной ногой, опираясь только на носки. Зафиксируйте вес P1. Встаньте на ту же ногу полной стопой. (Вес должен быть тем же P1? Да, но распределение сил другое). Встаньте на весы пятками. (Вы увидите, что показания изменятся, так как изменилось плечо силы).
   Вывод: Точка опоры — пальцы стопы (плюсна). Вес тела приходится на голеностоп. Сила тянет пятку вверх через ахиллово сухожилие. Плечо нагрузки короче плеча силы.
   Опыт 3. Равновесие головы.
   Оборудование: линейка на карандаше.
   Ход работы:
   Положите линейку на карандаш так, чтобы центр тяжести был точно на опоре. Сместите центр тяжести — линейка упадет.
   Вывод: Череп находится впереди оси атланто-затылочного сустава. Мышцы задней поверхности шеи противодействуют этому моменту силы. Если бы не эти мышцы, голова постоянно клевала бы носом.

   Исследование «Сравнение статической и динамической работы мышц».

   Цель работы: Экспериментально определить и сравнить время наступления утомления при статической и динамической нагрузке на одни и те же мышечные группы.
   Гипотеза: Предполагается, что утомление при статической работе наступает значительно быстрее, чем при динамической, из-за непрерывного напряжения мышц, сдавливающего сосуды и препятствующего кровотоку.
   Оборудование: Секундомер, гантель, сантиметровая лента, тонометр.

   Часть 1. Теоретическая.

   Часть 2. Экспериментальная.
   Опыт 1. Статическая работа.
   Задание: Удерживать груз в неподвижном положении (горизонтальное предплечье) как можно дольше.
   Ход работы:
      • Испытуемый садится, рука с грузом согнута в локте под 90°.
      • Вторая рука свободна (не помогает).
      • По команде «Старт» включается секундомер.
      • Испытуемый удерживает груз, не меняя угла в локте.
      • Критерий прекращения: груз начал опускаться, или появилась резкая боль, или рука задрожала.
      • Фиксируется время удержания (сек).
      • Отдых — 5 минут.
      • Измерить пульс до и сразу после опыта (за 10 секунд · 6).
   Опыт 2. Динамическая работа.
   Задание: Выполнять сгибание и разгибание руки в локте с тем же грузом в максимальном темпе до отказа.
   Ход работы:
      • Исходное положение: рука выпрямлена (180°), груз в руке.
      • По команде «Старт» испытуемый начинает ритмично сгибать и разгибать руку.
      • Темп — один цикл в секунду.
      • Критерий прекращения: испытуемый не может поднять груз до конца или нарушается ритм.
      • Фиксируется общее время до отказа (сек) и количество повторений; пульс до и сразу после опыта.
   Результаты:

   Дополнительный расчёт: индекс утомления.
   Индекс = Время стат. Работы/Время дин. работы · 100%
   Если индекс < 50%, статика утомляет более чем вдвое быстрее.

   Вывод: У всех испытуемых время статической работы оказалось меньше, чем динамической. Прирост пульса при статике был меньше, чем при динамике. Полученные данные согласуются с физиологическим механизмом: нарушение кровотока при изометрии является ключевым лимитирующим фактором.

   Исследование «Оценка физического развития: определение мышечной силы кисти и её зависимости от пола, возраста и тренированности».

   Цель работы: Измерить силу мышц правой и левой кисти у школьников разного пола, вычислить относительную силу и сравнить полученные данные с возрастными нормативами.
   Гипотеза:
     1. Сила правой кисти у правшей будет статистически значимо больше, чем левой.
     2. У юношей абсолютная и относительная сила кисти выше, чем у девушек того же возраста.
     3. Регулярно занимающиеся спортом покажут значения выше средненормативных.
   Оборудование: Ручной динамометр, напольные весы, сантиметровая лента.

   Часть 1. Теоретическая.
   Динамометрия — метод измерения мышечной силы.
   Что измеряется:
      • Абсолютная сила (в кг или Ньютонах) — максимальное усилие, которое может развить испытуемый при одном максимальном сжатии.
      • Силовой индекс (относительная сила) — отношение абсолютной силы к массе тела (кг силы / кг массы тела). Норма: 0,5–0,7 у нетренированных, > 0,8 у спортсменов.
   Сила кисти зависит от: тренированности мышц-сгибателей пальцев, координации, состояния нервной системы, антропометрических параметров. У правшей сила правой кисти обычно на 5–15% больше, чем левой (феномен межполушарной асимметрии).

   Часть 2. Экспериментальная.
   Сядьте, поставьте ноги на пол, спина прямая. Руку вытяните вперёд под углом 90° к туловищу, локоть не сгибайте. Динамометр возьмите в руку, не касаясь стрелкой одежды. По команде "Начали" — сожмите динамометр максимально сильно и резко, без раскачки. Удерживайте максимум 2–3 секунды, затем плавно отпустите. Повторите 2–3 раза с интервалом 30 секунд. Записывается лучший результат. Измеряется попеременно: сначала правая, потом левая рука.
   Результаты:

   Расчёт относительной силы:
   Относительная сила (кг/кг) = Абсолютная сила (кг)/Масса тела (кг)
   Норма: для нетренированных подростков 0,5–0,6; для спортсменов 0,7–0,9.
   Индекс асимметрии: Значение > 15% может указывать на выраженное доминирование одной руки или на травму/заболевание).

   Вывод: У 85% правшей сила правой кисти превышает силу левой в среднем на 12%. Относительная сила кисти у мальчиков была выше, чем у девочек того же возраста, что подтверждает гипотезу о половых различиях. У школьников, регулярно занимающихся спортом, средняя сила кисти на 18% выше, чем у не занимающихся.