Не отставать! Связан ли рост человека и длина его шага?
Вы когда-нибудь обращали внимание на то, на сколько быстрее вам нужно двигать ногами, чем вашим родителям, чтобы просто идти в ногу с ними? Это может быть связанно с разницей в длине ваших ног. Сколько шагов нужно сделать вам по сравнению с вашими родителями, чтобы пройти по улице? Можем ли мы использовать какие-либо параметры ходьбы, чтобы определить рост человека? Этот научный проект поможет вам узнать это! Мы будем использовать телефон и приложение Google Научный Журнал, чтобы записать параметры шагающего человека и определить темп ходьбы.
Наша задача
Проверить, связан ли рост человека с длиной его шагов, и может ли эта информация использоваться для оценки роста другого человека.
Материалы и оборудование
- Ручка или карандаш
- Как минимум 10 друзей (постарайтесь найти людей разного роста)
- Мел
- Мерная лента
- Линейка
- Блокнот
- Смартфон с Google Научный журнал для получения данных
Подготовка к эксперименту
- Начертите таблицу, изображённую ниже, в своей тетради (или скачайте нашу таблицу), для записи данных во время эксперимента. Убедитесь, что в вашей таблице достаточно строк по крайней мере для 10 друзей.
ДАННЫЕ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ХОДЬБЕ (20 МЕТРОВ) | ||
---|---|---|
Имя друга | Высота друга (см) | Количество сделанных шагов |
Друг 1 | ||
Друг 2 | ||
Друг 3 | ||
… | ||
Друг 10 |
- Определиться с местом для проведения вашего эксперимента. Идеальным местом будет парк с беговой дорожкой.
- Соберите друзей и объясните им суть вашего эксперимента.
- Используйте друзей и членов семьи в качестве испытуемых. Убедитесь, что ваши друзья разного роста.
- В качестве альтернативы, вы можете попросить прохожих помочь вам с вашим научным проектом. Если вы выбираете этот вариант, то обязательно спросите разрешение ваших родителей разговаривать с незнакомцами и обязательно попросите родителя или взрослого прийти с вами, пока вы ищите участников эксперимента.
- Решите, как подсчитать количество шагов. Возможные варианты:
- Пусть каждый испытуемый посчитает свои шаги, проделанные во время прогулки.
- Используйте смартфон и приложение Google Научный Журнал, чтобы получить количество шагов, проделанных волонтером.
Подсчет количества шагов с Google Научный Журнал
Google Научный журнал – это приложение, которое позволяет записывать данные с помощью датчиков, встроенных во многие смартфоны, включая акселерометр, который измеряет параметры движение. В частности, он измеряет ускорение, или изменение скорости объекта. Вы можете узнать, как использовать приложение Google Научный журнал здесь. А в этом разделе объясняется, как использовать акселерометр для записи движения ноги человека, а затем, как подсчитать количество шагов, на основании полученных данных. Попробуйте подсчитать свои собственные шаги при помощи приложения, прежде чем провести эксперимент с друзьями.
-
- Откройте приложение Научный Журнал и начните новый проект.
- Добавьте новый эксперимент и откройте раздел, где вы сможете наблюдать за ускорением по оси Х (м/с2 ).
- Закрепите телефон на ноге. Убедитесь, что длинная сторона телефона выровнена по длине ноги, а экран телефона обращен наружу.
- Нажмите кнопку записи и начните ходить. Сделайте от 10 до 20 шагов в прямой (запомните, сколько шагов вы сделали, это число вам понадобится позже). Это поможет вам познакомиться с приложением. Для вашего эксперимента ваши друзья будут проходить точное расстояние в 20 м.
- Нажмите кнопку записи еще раз, чтобы остановить запись параметров движения вашей ноги.
- Возьми телефон и перейти в режим “график”. Ваши данные должны выглядеть примерно так, как на рисунке:
- Ваш график должен состоять из повторяющийся шаблонов, поскольку ваш телефон неоднократно повторяет одно и те же движения, при вашей ходьбе. Следующий рисунок показывает график в увеличенном виде, показанную на предыдущем рисунке. Можете ли вы найти такие повторяющиеся элементы на вашем графике?
- Изучите свой график и определите количество сделанных шагов.
- Подсчитайте, сколько раз шаблон повторяется на графике. Обратите внимание, что ваш первый шаг или два может быть менее выраженным, потому что вы только начинаете ускоряться, но вы все равно должны считать их. Шаблон на рисунках выше повторяется девять раз.
- Каждый шаблон считайте как два шага. В итоге получите общее количество сделанных вами шагов. Например, шаблон на рисунке повторяется девять раз, это означает, что было сделано 18 шагов. Общее количество шагов (18 в примере) можно получить путем умножения на два число шаблонов (девять в примере). Сравните это с подсчитанным количеством шагов, которые вы сделали, чтобы проверить, совпадают ли они.
- Повторите опыт несколько раз, так чтобы вы привыкли к записи графика и нахождению количества шагов на графике.
Выполнение эксперимента
- Пройдите в место проведения эксперимента. Не забудьте взять с собой блокнот, ручку, мел, рулетку, научного руководителя и телефон с установленным приложением Google Научный журнал.
- На месте отметьте расстояние в 20 метров (м) куском мела на тротуаре.
- Кратко объясните суть своего научного проекта друзьям. Объясните, что они должны ходить в своем естественном темпе, а не пытаться ускорить или ходить очень медленно!
- Запустите тест для каждого друга, по одному за раз (люди могут непроизвольно изменять свой естественный темп при ходьбе рядом друг с другом):
- Измерьте рост испытуемого с помощью мерной ленты в сантиметрах (см). Запишите измеренный рост в таблицу.
- Откройте приложение Google Научный журнал. Добавьте новый процесс для каждого волонтера.
- Зафиксируйте телефон на ноге испытуемого, как показано на рисунке выше (можно поместить телефон в носок).
- Расположите добровольца в начале вашего 20-метрового отрезка пути.
- Нажмите кнопку записи, чтобы начать запись и попросите испытуемого дойти до конечной отметки.
- Нажмите кнопку записи, чтобы остановить запись.
- Снимите телефон с крепления на ноге.
- Измерьте рост испытуемого с помощью мерной ленты в сантиметрах (см). Запишите измеренный рост в таблицу.
- Не забудьте отблагодарить испытуемых за помощь в проведении эксперимента.
- Повторите все действия с каждым из испытуемых, в общей сложности не менее 10 раз.
- Пройдите 20 м самостоятельно и запишите количество шагов, которые вы сделали в вашем блокноте.
Анализ данных
- Если вы использовали Научный журнал для сбора данных, то просмотрите графики для каждого испытуемого, подсчитайте шаги и запишите количество шагов в таблицу. Помните, что каждое повторение шаблона на графике представляет собой два шага. Вернитесь назад в раздел подсчета количества шагов, если вам нужна помощь с подсчетом количества шагов.
- Создайте график. Вы можете начертить график вручную, используя веб-сервис OnlineCharts.ru или сделать график автоматически в нашей таблице и распечатать его.
- Расположите рост (в см) на горизонтальной оси (X-ось) и количество шагов на вертикальной оси (Y-ось).
- Когда отметите все точки на графике, у вас должна получиться одна точка для каждого волонтера.
- Соедините точки на графике и вы увидите, что у вас вышла практически прямая линия. Используя линейку, изобразите ещё одну линию: расположите линейку так, чтобы примерно одинаковое количество точек было выше и ниже вашей линии. Это будет наша средняя линия.
- По средней линии можно найти приблизительный рост человека, ели вы знаете, сколько шагов он проделал, пройдя 20 метров. Чтобы проверить это, найдите количество шагов, которые вы сделали проделывая расстояние в 20 метров, и используйте среднюю линию для оценки собственного роста (в см). Сравните ваш расчётный рост с вашим реальным ростом. Насколько точным получился расчётный рост?
- Ещё раз посмотрите на ваши данные, и ответьте на вопрос: как вы думаете, существует ли прямая связь между ростом человека и количеством шагов, которые он совершает, чтобы пройти 20 метров (м)? Как эта информация может быть использована шагомером или фитнес-трекером?
Попробуйте сами
- Создайте другую таблицу для оценки роста человека на основании того, сколько шагов он пройдет, чтобы преодолеть определенное расстояние, используя наиболее подходящую линию из графика. Таблица должна содержать столбцы для количества шагов, предполагаемого роста и фактического роста. Теперь осталось найти больше испытуемых и попытаться оценить их рост, основываясь на средней линии и количестве шагов, которые они совершают, проходя 20 метров (м). После выполненных расчётов проверьте: часто ли ваши расчёты совпадали с реальным ростом испытуемых? Насколько точны ваши расчеты?
- Как вы думаете, как расстояние, которое проходят испытуемые влияет на точность вашего эксперимента? Как изменятся данные, если считать шаги на коротком расстоянии (5 метров) или на большом расстоянии (40 метров)?
- Как скорость ходьбы влияет на количество шагов, необходимых для прохождения определенного расстояния? Вы можете сделать эксперимент, где проходите расстояние в 20 метров медленно, умеренно быстро, или очень быстро, чтобы увидеть, меняется ли количество шагов в зависимости от скорости. Будет ли сделано больше шагов при медленной или быстрой ходьбе? Проверьте эксперимент для бегущих людей.
- Все ли люди одинакового роста совершают шаги одинаковой длины? Что если два человека одинакового роста, но у одного из них длиннее или короче ноги относительно тела? Попробуйте найти кучу добровольцев, которые примерно одинакового роста, и измерить их общую высоту и длину ног. Влияет ли отношение длины ноги к длине тела на то, сколько шагов они пройдут, на определенном расстоянии?
- Если у вас есть видеокамера, вы можете использовать ее, чтобы узнать, как именно график из приложения Научный журнал соответствует ходьбе движения. Используйте камеру, чтобы снять человека, идущего со стороны, и нажмите запись на камере в то же время, как кто-то нажмет запись в приложении. Затем, синхронизируйте график и видео по времени записанных данных. Какой момент в вашем шаге (например, когда вы сперва поднимаете вашу ногу вверх, когда ваша нога на земле, когда вы опускаете вашу ногу вниз, и так далее) соответствует пикам в диаграмме?