AI a 7-12. osztályban (fizika, dig kultúra) és a középiskolában

A. Idegrendszeri és izomfunkciók

A. Idegrendszeri és izomfunkciók

A. Idegrendszeri és izomfunkciók

1. Reakcióidő és ingerületvezetési sebesség

Kísérlet:  Mérni az emberi reakcióidőt és ebből becsülni a perifériás idegek ingerületvezetési sebességét.

Eszközök

  • elektromos ingerkészülék (akár egyszerű gomb-LED időmérő)
  • 30–50 cm-es vonalzó
  • stopperóra vagy digitális időmérő

Kísérlet

  • Indítsd a mérést LED felvillanásakor és kapcsold le a gombot érintéskor.
  • Számítsd ki az átlagos reakcióidőt 10 ismétlésből.
  • A vonalzó leesési kísérlettel ellenőrizd, hogy az idő megfelel-e az elvárt percenkénti 50–60 m/s-os ingerületvezetésnek.

Számolás

  • Átlag és szórás kiszámítása.
  • Ingerületvezetési sebesség becslése v = d/Δt.

2. Izomerő és erő-hossz viszony megmérése

Kísérlet:  A vázizom maximális összehúzódási erejének és az erő-hossz (length–tension) görbe rekonstruálása.

Eszközök

  • rugós erőmérő (dynamométer)
  • gumiszalag vagy extenziométer
  • skálázott tartókeret

Kísérlet menete

  • Rögzíts változó hosszúságú izommodellt (gumiszalag).
  • Húzd meg maximálisan, mérd a kifejtett erőt.
  • Ismételd 5 cm-es hosszlépésekkel.

Következtetés

  • Erő-hossz diagram rajzolása.
  • Az optimális tartomány és a csökkenés okainak elemzése.

3. Az izom összehúzódásának szemléltetése gumiszállal

🎯 Kísérlet

Bemutatni, hogyan működik az izom-ín-csont rendszer: az izom összehúzódása hogyan mozgatja a csontokat.

🛠️ Szükséges eszközök

  • Kartonlap vagy fa pálcika (mint "csont")

  • Gumiszál vagy befőttes gumi (mint "izom")

  • Cérna vagy madzag (mint "ín")

  • Ragasztó vagy cellux

  • Olló

📋 Kísérlet menete

  1. Készíts egy kartonból vagy pálcikából két "csontot": például egy felkart és egy alkar darabot.

  2. Kösd össze őket egy forgásponttal (pl. rajzszeggel vagy ragasztott csomóponttal), hogy el tudjanak fordulni egymáshoz képest.

  3. Rögzíts egy gumiszálat a "felkarhoz" és az "alkarhoz" úgy, hogy megfeszítve húzza az alkart felfelé.

  4. Húzd meg a gumiszálat: az "izom" összehúzódik, az "alkar" felemelkedik — ez az izomműködés modellje.

🔍 Magyarázat

A gumiszál az izmot jelképezi, amely összehúzódáskor megrövidül, és az ín (madzag) segítségével elmozdítja a csontot. Ez a vázizomzat működésének alapelve: az izmok a csontokat ínokon keresztül mozgatják.

21. Reakcióidő és idegvezetési sebesség mérés vonalzóval

Kísérlet:  A válaszidő detektálása látóinger és kézmozdulat által, majd ennek alapján a perifériás idegi ingerületvezetés becslése.

Eszközök

  • 50 cm-es vonalzó kalibrált skálával
  • stopperóra vagy digitális időmérő

Kísérlet menete

  1. Társad tartsa ujját a vonalzó alján, te magasabbról engedd el váratlanul.
  2. A társad kapja el minél hamarabb, jegyezd fel a leesett távolságot, s ebből számold ki a reakcióidőt: $$\Delta t = \sqrt{\tfrac{2\,d}{g}}$$
  3. Ismételj legalább 10-szer, átlagold az eredményt.

Számolás

  • Átlagolt reakcióidő kiszámítása.
  • A megtett távolság és reakcióidő alapján az idegvezetési sebesség becslése (v ≈ 50–60 m/s).

22. Izomerő és erő-hossz pálya spring-dynamométerrel

Kísérlet: A vázizom statikus erőkifejtésének vizsgálata különböző izomhosszakon (force–length görbe).

Eszközök

  • Rugós erőmérő (spring-dynamométer, 0–100 N)
  • Rögzíthető kar- vagy lábtámasszal rendelkező pad

Kísérlet menete

  1. Ülj stabilan, a csuklód rögzítve, feszítsd meg a bicepszed–tricepszed: mérd az erőt nyugalmi izomhosszon.
  2. Változtasd a kar helyzetét (30°, 60°, 90° hajlítás), minden állásban mérd meg a maximális erőt.
  3. Legalább három pozícióban ismételd 3–3 mérésből átlagolva.

Számolás

  • Erőértékek és izomhossz (szög) táblázatos rögzítése.
  • Force–length görbe ábrázolása, optimális izomhossz meghatározása.

23. Izomfáradás vizsgálata kézi dinamométerrel

Kísérlet:  Az izomerő csökkenésének mérése fáradás során, elektromos jelek nélkül, mechanikai úton.

🛠️ Eszközök

  • Kézi dinamométer (pl. rugós vagy digitális)
  • Időmérő (stopper vagy telefon)
  • Papír és toll az adatrögzítéshez

📋 Kísérlet menete

  • A vizsgálati alany kézbe veszi a dinamométert, és maximális erővel megszorítja.
  • Jegyezd fel az első szorítás erejét (N vagy kg).
  • Ezután 30 másodpercenként ismételt szorításokat végez, összesen 5 percen keresztül.
  • Minden szorításnál rögzítsd az erő értékét.
  • A kísérlet végén készíts grafikont az izomerő időbeli változásáról.

📊 Számolás

  • Az izomerő csökkenése jól mutatja az izomfáradás mértékét.
  • A görbe jellemzően exponenciálisan csökkenő vagy lépcsőzetes mintázatot mutat.
  • Összehasonlítható különböző alanyok vagy izomcsoportok esetén.

24. Bőr elektromos vezetőképessége stressz hatására

Kísérlet: Bemutatni, hogy a "stressz" által kiváltott verejtékezés (nedvesség) miként csökkenti a bőr elektromos ellenállását — mesterséges anyagon modellezve.

🧪 Eszközök

  • Mesterséges bőrfelület (pl. gumilap, szilikonlap vagy textil)
  • Elektromos vezetőképesség-mérő (multiméter)
  • 2 db elektróda (pl. rézlap vagy grafitlap)
  • Vízpermet vagy sós oldat
  • Papír és toll jegyzeteléshez

📋 Kísérlet menete

  • Száraz állapotban:
  • Helyezd az elektródákat a mesterséges bőrfelület két pontjára.
  • Mérd meg az ellenállást a multimeterrel. Jegyezd fel.
  • Nedves állapotban:
  • Permetezd be a felületet vízzel vagy enyhe sós oldattal (a só fokozza a vezetőképességet, mint az emberi verejték).
  • Ismételd meg a mérést. Jegyezd fel az új értéket.
  • Összehasonlítás:
  • Vizsgáld meg, hogyan változott az ellenállás. A nedves felületnek alacsonyabb ellenállása lesz.

🔍 Magyarázat

A stressz hatására az emberi bőr verejtékezik, ami növeli a vezetőképességet. A modellben ezt a nedvesség szimulálja. A mesterséges bőrfelület így demonstrálja, hogy a nedvesség csökkenti az elektromos ellenállást — anélkül, hogy élőlényt használnánk.

31. Reakcióidő és ingerületvezetés

Cél A látott inger és a kézmozdulat közti idő – a reakcióidő – mérése, és az idegi ingerületvezetési sebesség becslése.

Szükséges eszközök

  • 30–50 cm-es vonalzó
  • stopperóra vagy digitális időmérő

Kísérlet menete

  1. Egy társad tartsa a vonalzót lazán függő helyzetben, ujját a 0 cm-es jelzéssel egy vonalban.
  2. Engedd el váratlanul, ő kapja el minél előbb.
  3. Jegyezd fel az elkapáskor leolvasott cm-t, a reakcióidő számítása: $$\Delta t = \sqrt{\frac{2\,d}{g}}\,,\quad g\approx9{,}81\,\mathrm{m/s^2}.$$
  4. Ismételj 10-szer, majd számítsd ki az átlagot.

Tapasztalat

  • A vonalzó átlagos leesési távolságából Δt.
  • Az idegvezetési sebesség durva becslése: v ≈ d_negyed / Δt (a kéz és az agy távolsága kb. 0,25 m).
32. Kézi izomerő mérése rugós erőmérővel

Cél A kéz maximális szorítóerejének meghatározása és összehasonlítása kor, nem vagy edzettség szerint.

Szükséges eszközök

  • Rugós erőmérő (spring dynamometer) 0–100 N tartományban
  • Asztal vagy fal, ahol a kar támaszkodhat

Kísérlet menete

  1. Fogd meg az erőmérőt a megszokott módon, alkart támaszd stabil felületre.
  2. Szorítsd meg maximálisan, olvasd le a csúcserőt.
  3. Pihenő után ismételd meg 3-szor, jegyezd az átlagot.
  4. Külső tényezők (fáradtság, vízfogyasztás) hatását is vizsgáld.

Magyarázat

  • Az átlagos csúcserő összevetése táblázatosan (nem, életkor, edzettség).

Vissza