Номер 5, страница 297 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Примерные темы учебных проектов. II. Эксперимент и моделирование — основные физические методы исследования природы - номер 5, страница 297.

Условие.

Измерение времени реакции человека на звуковые и световые сигналы.

Решение.

Время реакции человека — это промежуток времени между появлением какого-либо сигнала (раздражителя) и ответным действием на него. Этот сложный психофизиологический процесс включает восприятие сигнала органами чувств, передачу информации в центральную нервную систему, обработку этой информации и передачу команды мышцам для выполнения действия. Один из самых простых и наглядных способов измерения времени реакции — это эксперимент с падающей линейкой.

Измерение времени реакции на звуковые сигналы

Для проведения этого эксперимента потребуется линейка (30-50 см) и два участника: испытуемый и ассистент.
1. Испытуемый садится за стол и располагает руку на краю стола. Большой и указательный пальцы разведены и находятся наготове, чтобы поймать линейку.
2. Ассистент держит линейку вертикально так, чтобы ее нулевая отметка находилась точно между пальцами испытуемого. Важно, чтобы пальцы не касались линейки.
3. Испытуемый должен закрыть глаза, чтобы не видеть момент, когда ассистент отпустит линейку.
4. Ассистент неожиданно подает звуковой сигнал (например, слово «старт» или хлопок) и одновременно отпускает линейку.
5. Услышав сигнал, испытуемый должен как можно быстрее сжать пальцы и поймать линейку.
6. После того как линейка поймана, измеряется расстояние $\text{h}$, которое она успела пролететь. Расстояние измеряется от нулевой отметки до точки, где ее зажали пальцы.
7. Зная расстояние, можно вычислить время падения, которое и будет равно времени реакции. Расстояние, пройденное телом при свободном падении без начальной скорости, определяется формулой: $h = \frac{gt^2}{2}$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения (примерно $9.8 \, м/с^2$).
Выразим из этой формулы время $\text{t}$:
$t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
Перед расчетом необходимо перевести измеренное расстояние $\text{h}$ из сантиметров в метры.
8. Для получения более точного результата эксперимент повторяют несколько раз (например, 5-10 раз), а затем находят среднее арифметическое значение времени реакции.
Ответ: Время реакции на звуковой сигнал определяется косвенно через измерение расстояния $\text{h}$, которое пролетает свободно падающая линейка. Расчет производится по формуле $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$.

Измерение времени реакции на световые сигналы

Процедура измерения времени реакции на световой (визуальный) сигнал очень похожа на предыдущую, но в качестве раздражителя выступает не звук, а зрительный образ.
1. Исходное положение участников и линейки такое же.
2. В этом эксперименте испытуемый держит глаза открытыми и внимательно следит за рукой ассистента, которая держит линейку.
3. Ассистент без каких-либо звуковых сигналов внезапно отпускает линейку. Сам факт начала падения линейки, увиденный испытуемым, служит сигналом к действию.
4. Увидев, что линейка начала падать, испытуемый должен максимально быстро ее поймать.
5. Расстояние падения $\text{h}$ измеряется, и время реакции $\text{t}$ рассчитывается по той же самой формуле:
$t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
6. Эксперимент также повторяется несколько раз для вычисления среднего значения и повышения достоверности результатов.
Ответ: Время реакции на световой сигнал определяется аналогичным методом, где сигналом является визуальное восприятие начала падения линейки. Для расчета используется формула $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$.

При сравнении результатов двух серий экспериментов обычно выясняется, что время реакции на звуковой сигнал короче, чем на световой. В среднем, реакция на звук составляет 0.14–0.16 секунды, а на свет — 0.18–0.20 секунды. Это различие объясняется физиологией человека: путь, который нервный импульс проходит от уха к двигательным центрам головного мозга, короче и содержит меньше нейронных связей (синапсов), чем путь от сетчатки глаза. Следовательно, обработка звуковой информации и формирование ответной реакции происходят быстрее.