Transcript מצגות החקר
נוער שותה מים ודעת
קירוב הנוער למצוינות המים הישראלית
בשיתוף רשות המים משרדי התמ''ת והחינוך ,הטכניון ,תעשיית המים והרוטרי בישראל
בקרת החום בגוף האדם
Hi-Teach
תום שפי ,תשע''ד
מה במצגת – מבוא למורה ולתלמיד
•
•
•
•
•
•
וויסות חום הוא שימוש חשוב של המים בגוף האדם.
המצגת מבהירה את התהליך המיוחד והיעיל המאפשר
לאדם מאמץ מתמשך גם בתנאי סביבה קשים.
ההסבר כולל את יסודות הפיסיקה והביולוגיה של התהליך
המצגת מלווה בהנחיה לעבודת חקר פשוטה ומרתקת
התובנה הנרכשת מבהירה את חשיבות שתית המים.
המצגת מתאימה למגוון גילאים ובעיקר לחט''ב
מטבוליזם -יצירה והמרת אנרגיה
•
•
•
•
גוף האדם הוא מכונה גדולה שיוצרת
וצורכת אנרגיה .מבט על גוף האדם
בטכנולוגית אינפרה אדום ,מראה את
החום שאנחנו מקרינים סביבנו.
הגוף מייצר חום בקצב שיכול להרתיח שני
ליטרים מים בחצי שעה!
אולי זה לא נראה כמו הרבה אבל זכרו
שהגוף משחרר חום רב תמיד וברצף ,גם
כשאנו ישנים!
יצירה והמרה של אנרגיה מניעה את כל
תהליכי החיים בגוף .פעולת השרירים,
בנית הגוף ,עיבוד המזון הנשימה אפילו
החשיבה היא צרכן אנרגיה גדול.
מאיפה מגיע החום ?
• חום מגיע מתגובות כימיות המבוצעות
בתאים ברחבי הגוף.
• הכבד הוא אחד מגורמי החום
העיקריים בגוף מכיוון שבתוכו
מתרחשות מאות תגובות ביוכימיות
של פירוק חלבונים פחממות או
שומנים.
• החום בד"כ מועבר החוצה מהכבד
דרך הדם
• הדם הנכנס לכבד הוא קר הדם היוצא
ממנו הוא חם.
- ATPאנרגיה ניידת
•
תוצר עיקרי של פירוק המזון הוא מולקולת ה
)Adenosin Tri Phosphat( ATP
המולקולה משמשת כמאגר אנרגיה זמין
המפוזר ברחבי הגוף.
החומר המהווה דלק המניע את פעולת התאים
כך למשל צורכים השרירים אנרגיה לפעולתם
ואפילו תאי העצב במוח מונעים באמצעות .ATP
•
•
החומר יכול להימצא בשני מצבים
מצב ה ATPבו שלש ( )Triמולקולות זרחן ,הוא
הפוספט) במצב זה המולקולה "טעונה
באנרגיה"
מצב ה ( ADPבו רק שתי ( Diמולקולות של
פוספט) ורמת האנרגיה האגורה בו נמוכה.
•
•
•
המעבר בין המצבים מתבצע
כשאנרגיה נצברת (מעבר מ ADPל )ATP
כשאנרגיה נצרכת (מעבר מ ATPל )ADP
•
המולקולות דומות בפעולתן לבטריות או
לקפיצים קטנטנים
•
•
•
•
•
יצירת ה ATP
• נסתכל על ( ADPאדנוזין
די פוספט) בתור קפיץ
רפוי.
• כאשר הכבד מפרק אוכל
משתחררת אנרגיה ,חלק
מהאנרגיה הולך לאיבוד
בחום וחלקה מנוצל
ל"דחיסת הקפיץ"
בהוספת מולקולת זרחן
(פוספט).
ADP
ATP
בשחרור אנרגיה נפלט חום
•
המולקולה במצבה הדחוס ,בדומה לקפיץ אוגרת בתוכה
אנרגיה אצורה.
•
בתא הצורך אנרגיה ,המולקולה תתפרק יחד עם מולקולת
מים בתהליך הנקרא הידרוליזה בו משוחררת אנרגיה
למשל לשם כווץ השריר.
לתהליך שני תוצרי לווי
ADPשבהמשך ימוחזר ויטען מחדש
•
• חום עודף המשוחרר בתהליך כמו במנוע של מכונית
שבמקביל להנעת המכונית משחרר גם חום רב
•
•
•
•
את החום העודף יש לפנות כדי לקרר .במנוע של מכונית
הקירור (פינוי החום העודף) מבוצע ברדיאטור (המצנן)
ואכן אם הרדיאטור מתקלקל – המנוע מתחמם והמים
שבמערכת הקירור רותחים
ואיך מקררים את גוף האדם? בכך עוסק המשך המצגת.
איך הגוף מתמודד עם כל החום?
• דרכים שונות להעברת חום
– הסעת חום ( )Convectionעם מומרים כמו אויר ונוזלים
– הולכת ( )Conductionחום שמתרחש דרך חומר
– קרינה ( )Rariationכמו מהשמש או כשאנו עומדים ליד תנור
– אידוי – כאשר נוסל מתאדה והופך לגז או אדים
הולכה
הסעה
אידוי
קרינה
תנועת נוזלים
נוזלים שעברו באברונים
חמים התחממו ,משם הם
יזרמו לאיברים קרים יותר
ויתקררו בחזרה.
לדוגמה :מים חמים בתחתית
סיר חם מתחממים ועולים
למעלה ,שם הם מתקררים
עם המגע באוויר ויורדים
בחזרה לתחתית הסיר
שאלת מחשבה :מה גורם למים הקרים (או לאויר קר) לעלות למעלה?
רמז :המים החמים הם מים בתנועת רעידות מהירה שהמרווחים בין המולקולות גדלים .לכן משקלם הסגולי קטן יחסית למים קרים ו"רגועים"
שמשקלם הסגולי כבד יותר .ובעצם מה שקורה הוא שהמים הקרים נדחקים כלפי מטה בכח הכבידה ,והם למעשה מי שדוחפים את המים
הקרים...למעלה.
הולכת חום
• הגוף יכול לאבד או
לצבור חום בהתאם
למגע בחומרים בעלי
טמפרטורות שונות.
• לדוגמה ,נגיעה בסיר
רותח תביא לצבירת
חום ,נגיעה בקוביות
קרח תביא לאיבוד חום
מהיד אל הקרח הקר
הקרנת חום
• כל גוף מקרין חום ,כמות
הקרינה שהוא מקרין משתנה
בהתאם לטמפרטורת הגוף.
• הקרנת החום נעשית בעיקר
בתחום האור האינפרא אדום
ולכן מבחינים בו במערכות
ראיה באינפרא אדום .מערכות
כאילו יכולות לכן גם לראות
בלילה את חום העצמים.
• בני אדם במקומות קרים
מצטופפים כך שהחום המוקרן
מהאחד מחמם את השני
והחום המשותף נשמר.
אידוי – החום הכמוס
•
•
מולקולות נוזל קופצות ומתרוצצות ותנועתן היא החום.
התנועה נקראת תנועה בראונית ונתגלתה ע''י חוקר ששם לב
שאבקנים צפים במים נמצאים בתנועה מתמדת .מהירות תנועת
המולקולות היא הטמפרטורה.
•
מי שחקר את מנגנון התנועה היה אינשטיין במאמרו המפורסם
הראשון בשנה המופלאה ( )Anus Mirabilisבה כתב חמישה
מאמרים פורצי דרך כולל את תורת היחסות (הכל בשנה אחת!!)
•
כשמולקולת מים "מקפצת" מחוץ לנוזל היא משתחררת לאויר
כמולקולה של אד מים (מים במצב גזי)
ה"קפיצה מחוץ לקופסה" הוציא מהנוסל חלק זעיר מהאנרגיה
האגורה בו .ואם כמות אדים גדולה מתאדה – הרי שהנוזל מאבד
חום רב.
•
לכן כשמרתיחים מים ,הטמפרטורה עולה עד 100מעלות ,אך
שם היא נעצרת גם אם ממשיכים לחמם ,כי בטמפרטורה זו המים
רותחים וכל תוספת האנרגיה מהחימום נספגת במולקולות המים
המתאדות.
•
החום הנדרש לאידוי המים נקרא "חום כמוס" משום שלכאורה
ממשיכים לחמם והטמפרטורה אינה עולה .תופעה דומה מתרחש
בעת התכת הקרח הקפוא (מוצק) לנוזל זהו חום ההתכה
ראו הדגמה ביו טיוב (הסבר באנגלית)
•
קישורים לסרטוני הסבר על החום הכמוס של המים ביו טיוב
הסברים באנגלית
http://www.youtube.com/watch?v=Hg8Pw2Kd4og
•
http://www.youtube.com/watch?v=Hsu3JoXN-qU
http://www.youtube.com/watch?v=Hsu3JoXN-qU
גם הזעה היא אידוי ,ולכן גם היא סופגת חום כמוס
•
•
•
•
פעולה ההזעה מופעלת על ידי
מנגנוני וויסות החום של הגוף
בעור רגשי טמפרטורה ,המדווחים
למוח .כשאזור מסויים מגיע
לטמפרטורה גבוהה ,מתרחש תהליך
ההזעה.
תהליך מקרר את האזור על ידי אידוי
הזעה שצורך אנרגיית חום.
התהליך מתרחש גם באידוי
בטמפרטורה נמוכה ואינו מוגבל
לאידוי בנקודת הרתיחה.
הזעה
• הזעה מבוקרת במוח ,בו יש
רגשי חום ואליו מגיע מידע גם
מרגשי טמפרטורה בעור דרך
סיבי העצב בחוט השדרה.
• במצבי קיצון יש לחוט השדרה
יכולת להורות על הזעה מבלי
לקבל פקודה מהמוח.
• יש שני מדדי טמפרטורה תוך
גופי וחוץ גופי (כמו שעוני
טמפרטורה ברכב ,המראים
טמפרטורה מחוץ לרכב ובתוכו)
הזעה
• שני מצבים גורמים לגוף להזיע
– חימום הנובע ממאמץ גופני או
מטמפרטורת חוץ גבוהה:
ההזעה תתרחש בכל הגוף.
– לחץ נפשי או מועקה רגשית
ההזעה תתרחש בעיקר בכפות
הידיים ,בתי השחי ובמצח שם
מתנקז דם הגורם לחימום
הזיעה משמשת לקירור
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
הזיעה המופרשת מהגוף כשהוא חם ומחייב קירור
איוד הזעה (הפיכת מי הזעה לאדים וסילוקם לאוויר)
מחייב השקעת חום
זהו החום הכמוס ,אנרגיה שמשמשת להפיכת נוזל לגז
החום הכמוס נלקח מהגוף ,ולכן הגוף מתקרר.
בעל החיים הנוסף שמשתמש בהזעה הוא הסוס
ההזעה מאפשרת לאדם (ולסוס) מאמץ ממושך
להבדיל למשל מהנמר או הצ'יטה שיכולים לרוץ במהירות
ולצרוך אנרגיה רבה ,אולם רק לפרק זמן קצר ,כי אין
להם דרך להפיג את החום לאורך זמן.
כלבים – מתקררים בשיטת ה הלחתה (אידוי באמצעות
פיהם לשונם הלחה) .העקרון דומה :המים שבפיהם (על
לשונם) מתאדים ומקררים את הלשון הגדולה ,בלשון
זורם דם רב ,שמתקרר ומקרר את הגוף כולו.
התנשפות הכלב מכוונת להסיע את האויר הרווי באדים
מעל הלשון ולאפשר לאדים נוספים להתאייד.
וראו עוד על הנושא בניסוי החקר המומלץ.
הזעה
•
הזעה מושפעת בעיקר מטמפרטורת
פנים הגוף .ונזכור שטמפרטורת חוץ
הגוף משפיעה גם על הטמפרטורה
הפנימית.
•
תהליך ההזעה מוריד את טמפרטורת
פנים הגוף באמצעות הדם.
•
ותהליך האידוי שמתבצע מיד עם
ההזעה מקרר את השכבה החיצונית
של העור.
•
אך יש לזכור העור הוא האיבר הגדול
ביותר בגוף האדם ובגלל פיזורו
השפעתו על כל הגוף – רבה ומהירה.
בתמונה בלוטות הזעה (בצהוב) סמוכות לשורש השער
תהליך ההזעה
– תהליך ההזעה – מקרר את טמפרטורת
פנים הגוף ע"י שחרור זעה אל פני העור
ואידויה בעזרת חום הגוף
– תהליך האידוי :כאשר מולקולת מים או זעה
מתאדה באטמוספרה ,מועבר חום מגוף
הנוזל (זעה) אל מולקולת המים לאוויר הקר
ממנה ומכיל יותר אדי מים מסביבתה.
– נדרשת אנרגיה כדי להפוך מים לאדי מים
(חום כמוס) ,ולכן פליטת מים כאדים
("הזעה") היא דרך שבה הגוף משחרר
מתוכו אנרגיה ומוריד טמפרטורה ומתקרר.
– כשהלחות בסביבה גבוהה ,הזעה לא
מתאדה (לא מתייבשת) .במצב זה הזעה
פחות מקררת אותנו ,ובנוסף אנו נותרים
"דביקים" כלומר רטובים.
מי עוד מווסת חום בהזעה?
• אחד משימושי המים החשובים בגוף
האדם הוא וויסות טמפרטורה.
• האדם והסוס ,היצורים היחידים
המקררים עצמם בעזרת הזעה
•
למה מזיע הסוס העיקר בחזיהו וצווארו?
(רמז :היכן נושבת הרוח המהירה ביותר שתוכל לסלק את אדי
הזעה ולאפשר לזיעה חדשה להתאדות במהירות
ולכן ...חשוב לשתות מים
•
•
•
•
•
•
•
ראינו שהמים משמשים לתהליכים רבים בגופנו
שנים מרכזיים קשורים בחילוף החומרים ובאנרגיה:
הפקת האנרגיה האגורה במולקולות ה ATPצורכת מים
בתהליך ההידרוליזה.
וקירור הגוף הן מחום חיצוני והן מחום הנוסע מאנרגיה
פנימית ומפעולת השרירים באמצעות הזעה.
ולכן גופנו זקוק למים ,בלעדיהם לא יוכל לפעול ולא יוכל
להתקרר.
ובעיקר באזורנו בו השמש קופחת וחם מאוד – חשוב
שנשתה באופן מסודר משך כל היום ובפרט אם אנחנו
בחוץ חשופים לחום השמש.
וגם בחדרים ממוזגי אויר או במכונית הממוזג – המזגן
מוריד את הלחות דבר שמאיץ את התאדות הזיעה
וגורם לאבדן מים גם אם לא חשנו בהזעה.
ראו על חשיבות שתית המים בקישור הרצוף
http://www.meyeden.co.il/article.asp?page=water%20and%20kids
כמה מים נשתה ביום מסביר ד"ר קליין:
"נוזלים מחושבים לפי משקל.
על 10ק"ג ראשונים 100 -סמ"ק לק"ג ,ל 10-הבאים 50
סמ"ק לק"ג ,וכל ק"ג נוסף עוד 20סמ"ק לק"ג.
תינוק השוקל 6ק"ג ,נדרש ל 600-סמ"ק מים ביממה
ילד השוקל 30ק''ג – 1.7ליטר ליום
הצעה לעבודת חקר
•
ניתן לדמות גוף אדם באמצעות בקבוק מים חמים ולבדוק את
השפעת ההזעה על התקררותו.
הכינו מדחום שעון עצר וחממו מים לטמפרטורה של כ 40-50
מעלות (אפשר להרתיח מים בקומקום ולערבב במי ברז בכלי
ומנו למזוג לבקבוק פלסטיק) .הקפידו שהבקבוק יהיה יבש
מבחוץ (למה ,תבינו בהמשך)
•
התקינו מדחום בבקבוק המים ועקבו אחרי קצב הקירור
(ירידת הטמפרטורה עם הזמן ,למשל כמה זמן לוקח לירידת
טמפרטורה של 5מעלות)
חיזרו על הניסוי כשהבקבוק רטוב מבחוץ .האם זמן הקירור
התקצר או התארך ,בכמה ? ולמה?
חיזרו על הניסויים כשעל הבקבוק מנשבת רוח קלה .מה
התוצאות?
•
רשמו את כל התוצאות בטבלת אקסל וציירו את גרף הקירור
בתנאים השונים
נתחו את ההבדל בתוצאות השונות והסבירו.
•
נסו להלביש את הבקבוק במטלית או מגבת ניר .איך נראות
התוצאות במקרה זה? האם יש טעם לעטוף בבד או ניר
רטוב? אם כן מתי ובאיזו צורה?
רמז :הבד סופג מים איזה בקבוק יתייבש מהר יותר??
•
•
•
•
•
תכנון עבודת החקר
(1מטרתנו לבדוק איך משפיעים התנאים השונים על קירור הבקבוק
(2לביצוע החקר עלינו להגדיר את יעדיו ואת צורת מדידה.
(3
(4
(5
(6
מה בעצם אנחנו רוצים למדוד ?
לאיזו תוצאה אנו מצפים ? ומה אנחנו משערים תהיה התוצאה?
באילו יחידות נמדוד את התופעה (למשל :באיזה קצב התקררו
המים בבקוק היבש? בבקבוק הרטוב? עם משב האוויר ?
מהם השלבים העיקריים של הניסוי (למשל :הכנת המים החמים,
מילוי הבקבוק ,תחילת המדידה ,רישום התוצאות ,ניתוח והצגה
בגראפים דיון בתוצאות
חישבו באופן חופשי על כל האפשרויות הללו .דמינו איך יראה התהליך .בצעו את הניסוי
"בראש" קיימו דיון סיעור מוחות בנושא בינכם והמשיכו הלאה..
איך עורכים מחקר?
(1רק לאחר שחשבתם באופן חופשי על המחקר,
(2העליתם רעיונות ומחשבות פוריים ויצירתיים...
(3עכשיו הזמן להתחיל לעבוד מסודר
(4
(5
(6
(7
(8
קראו את מצגת ההנחיה לעבודות החקר,
המצגת עוסקת בשיטה ובתהליך.
היעזרו במצגת בכדי לבנות את תהליך החקר שלכם ,והקפידו על
התכנון ,שיטת העבודה ,צורת המדידה ,אופן הרישום ,מה אתם
צפויים לגלות ,כיצד תנתחו את התוצאות וכן הלאה.
לאחר שגיבשתם ורשמתם תכנית מפורטת ,התייעצו עם המורה
ולאחר אישורה התחילו לבצע ,כאן מתחיל הכיף
הנחיית חקר ועבודה עצמית
(1
(2
(3
(4
(5
(6
(7
הכרנו את יכולתו המיוחדת של הג'ל לספוח מים.
לתכונה זו יישום בהשקיית עציצים וצמחי בית.
הג'ל סופח מים בסביבה רוויה ומשחרר מים בסביבה יבשה.
הג'ל הופך למאגר מים הזמינים לצמח בעת יובש.
כך נוכל להגדיל את פרקי הזמן בין השקיות הצמח
המים מהג'ל יזינו את הצמח בתקופת ההמתנה להשקיה הבאה.
כמה נוח כשהבית מלא עציצים ,ואנו יוצאים לטיול...
(8אבל כמה מים בג'ל ?
הבנה נחקור
פעילות החקר מובנית אך שימרו על גמישות
נושא העבודה ממוקד :לדוגמה צריכת המים בפרדסים בסביבת ביה''ס
מבוא וסקירה ספרותית כולל סיכום ועיבוד קטעי מקורות ביבליוגרפיים ,ושימוש במצגות רקע.
שאלות חקר /השערות (עמוד אחד)
מטרות החקר (עמוד אחד)
שיטת העבודה האתר ואמצעי הביצוע ודרך הפעולה
התצפית הבקרה איסוף הממצאים המדידות עיבודם וניתוחם.
תוצאות עיבוד והצגה בגיליון אקסל :גרפים ,תרשימים ,טבלאות מדידות .צילומים ודוגמאות.
דיון ומסקנות ניתוח התוצאות למול שאלות החקר ,בגישה ביקורתית בהשוואה לתוצאות מחקרים.
הסקת מסקנות מבוססות מדידה והימנעות מתיאור מילולי שלא לצורך וסיכום כל רכיבי העבודה.
דו''ח תמציתי יתייחס למטרה ולשאלת החקר ,לשיטה ,לתוצאות למסקנות ולהערכת הממצאים.
מצגת העבודה הכנת מצגת בהירה ,ואימון על הצגתה הקולחת ולא "פתקים" ובמט על השקפים
ביבליוגרפיה ציון מקורות כתבי עת ,ספרות ואינטרנט בסדר א''ב( .המחבר ,הספר ,שנה ,ע''מ)
הנחיה מפורטת באתר
לבנית המצגת והכנות להצגתה
נושא העבודה:
פרטים של בית הספר :שם בית הספר ,הכיתה ,אזור/יישוב
פרופיל בית הספר :מיקום ,רציונל או חזון בית-ספרי.
מטרות העבודה ,שאלות חקר
סקירה ספרותית קצרה מאוד ( 10-7שורות)
שיטות העבודה :שיטות מדידה ,הניסוי ,שאלות הסקר
תוצאות העבודה:
גרפים (בחרו לפחות שלושה גרפים המסכמים את תוצאות המדידה)
התייחסות למשתנה התלוי ולמשתנה הבלתי-תלוי
תמונות הממחישות את התוצאות (אם אפשר)
דיון ומסקנות :מסקנות עיקריות הנובעות מניתוח התוצאות
משוב ( 8-5שורות) :רפלקציה אישית
נוער שותה מים ודעת עם GLOBE
נקודות למחשבה ובחינה
(1המטלית המכסה את הבקבוק שומרת אותו רטוב לאורך זמן ,אך
מה היא עלולה לעשות למשב הרוח על הבקבוק.
(2האם היא אינה מזכירה את לבושנו? האם הבגדים מסייעים לנו
להתחמם או להתקרר.
(3האם הזיעה מתייבשת מהר יותר כשאנחנו לבושים או ללא
חולצה?
והשלב השני – הצמח שותה
(1ספיגת המים באדמה ובצמח מתרחשת לאורך זמן (יותר מהיר?
יותר לאט מאשר בשלב הרטבת הכדורים?)
(2באיזו סביבה יש להציב את הכדורים כדי שהצמחים ישתו מהמים?
(3האם מידת השתייה תלויה בפעולתו של הצמח? מה משפיע על
צריכת המים של הצמח? ועל הקצב בו היא מתבצעת?
(4איך אפשר למדוד את כמות המים שעזבה את כדורי הג'ל
(5ואת הקצב ,כלומר בכמה זמן הכדורים "התרוקנו"
(6ובכן – יש לכם מספר כוונים ואפשרויות.
(7גבשו הצעה לחקר מסודר של יעילות הכדורים כאמצעי השקיה
הכינו תכנית מפורטת והציגו למורה לאישור .ניסיונה של המורה יסייע לכם להימנע משגיאות
אך גם אם תשגו ותאלצו לעדכן ולשנות את הניסוי לאור תוצאותיו – מצויין ,כך תלמדו
ועכשיו אתם מוכנים...
(1
(2
(3
(4
(5
(6
(7
יש לכם מספר כוונים ואפשרויות.
גבשו הצעה מסודרת לחקר יעילות הכדורים כאמצעי השקיה
הכינו תכנית מפורטת והציגו למורה לאישור.
ניסיונה של המורה יסייע לכם להימנע משגיאות
ואם תשגו ותאלצו לעדכן ולשנות את הניסוי לאור תוצאותיו –
מצוין ,כך תלמדו.
העלו את הדו''ח והמצגת כמוצר למערכת,
כך נוכל גם אנחנו וכיתות נוספות ללמוד מניסיונכם