Измерение времени реакции подростков и взрослых

На одном из уроков физики, при изучении материала о равноускоренном движении тел, прозвучал вопрос учителя: «Хотите ли вы узнать, как можно измерить свое время реакции на какой-либо сигнал? Если да, то в этом могут помочь знания физики по теме: «Свободное падение тел»»

Метод измерения времени реакции человека меня удивил и заинтересовал. Во-первых, простотой, это нетрудно сделать обыкновенной линейкой. Во-вторых, важностью знания о нем. К примеру, время реакции является одним из важных критериев отбора водителей, операторов, летчиков, космонавтов и людей других профессий. Любого человека и дома, и на работе, и на улице в любую минуту могут встретить опасности, тогда его здоровье будет напрямую зависеть от его быстроты реакции.

Думаю, что после такой информации у многих подростков стоящих на пути выбора профессии (как и у меня) возникают вопросы: «Чему равно время реакции у меня? От чего оно зависит? Можно ли натренировать себя, чтобы улучшить неудовлетворительный результат? Смогу ли я быть водителем, летчиком или оператором на атомной электростанции?

Целью моей работы является проведение исследований и диагностика времени реакции у подростков и взрослых.

Перед собой я поставил следующие задачи:

- изучить литературу о времени реакции человека;

- изготовить физический прибор для измерения времени реакции человека;

- провести эксперименты и проанализировать их результаты;

- предложить способы улучшения неудовлетворительных результатов.

Для создания физического прибора по исследованию быстроты реакции я воспользовался теоретическим материалом учебника физики 9 класса. А также интересные сведения о быстроте реакции человека почерпнуты мной из Интернета.

1. О времени реакции человека. Физика свободного падения тел

1. 1 Что такое быстрота реакции человека

Быстрота реакции является одним из основных качеств живого организма. Очень важно быстро реагировать на внешние раздражающие воздействия, потому что среди них могут быть опасные или даже смертельные.

Время реакции является одним из главнейших качеств, определяющих результат соревнования, конкурса. Если на ринге или в зале от этого зависит ваша победа, то на улице на карту зачастую ставятся жизнь и здоровье. Очень важно правильно и быстро реагировать на действия противника, потому что среди них нередко бывают действия, калечащие живой организм или связанные с угрозой для жизни.

Время реакции человека определяется работой нервной системы. Информация проносится через мозг и тело по нервам, словно крохотные электрические искорки по проводам. В мозг сигналы поступают от глаз, ушей и других органов чувств. А мозг решает, как поступить. Затем посылает двигательные сигналы мышцам.

Пусть речь идет о реакции человека на летящий в него кирпич, глаз передает сигнал о быстром движении не только в отделы головного мозга, где они обрабатываются (и мы понимаем: “летит кирпич”), но и по специальным нервным путям - к мышцам, что обеспечивает быструю реакцию избегания, например, отпрыгивания.

Следовательно, время реакции – это протяженность от начала сигнала до реакции организма человека на этот сигнал. У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет: 0,1-0,3 секунды.

Когда человек реагирует на очень сильное раздражение, опасное для жизни, например, когда отдергивает руку от горячей печки, осуществляется простой рефлекс, в котором головной мозг не участвует. От рецептора сигнал по нервному волокну идет в спинной мозг и затем сразу к мышце, проходя всего по трем нервным клеткам - чувствительному нейрону, вставочному нейрону в спинном мозге и двигательному нейрону. Скорость нервного импульса по отросткам нервных клеток здесь - несколько десятков метров в секунду.

Нужно отметить, что мы сначала отдергиваем руку, а затем чувствуем боль. Это связано с тем, что от болевых рецепторов в мозг сигнал идет по нервным волокнам другого типа с меньшей скоростью 0,5-2 м/с.

1. 2. Можно ли улучшить время реакции?

От начала действия раздражителя до момента реакции всегда проходит определенное время, после чего включаются мышечные механизмы ответного действия, быстрота которых уже зависит от скорости движений тела.

Двигательные реакции должны осуществляться на уровне условных рефлексов, а для этого необходима серьезная тренировка.

Известно, что подсознательная реакция, связанная с правым полушарием головного мозга, намного быстрее сознательной, связанной с левым полушарием. Логично предположить, что именно в подсознании должны быть заложены ответные действия на определенный раздражитель. А это достигается путем многократного повторения движений на тренировках. Всего нужно набрать около 5-10 тыс. повторений, причем за раз не имеет смысла делать более 300 повторений. 300 цифра достаточно большая, в основном получается не более 200 движений за тренировку, тогда выходит, что для подсознательного усвоения двигательного шаблона требуется в идеале около двух месяцев.

Например, профессор Джоселин Фауберт (Jocelyn Faubert ) и докторант Дэвид Тинжаст (David Tinjust) решили научить спортсменов - футболистов, хоккеистов и теннисистов концентрировать своё внимание сразу на нескольких объектах. В результате выяснилось, что спортсмены способны одновременно «поглощать» больше информации и, соответственно, использовать её продуктивнее – прогресс составляет в среднем 53%.

Если речь идет о реакции при игре в теннис, то постепенное улучшение реакции связано с формированием стереотипных рефлексов, позволяющих реагировать без участия коры больших полушарий (без размышления), и, главное, такие реакции осуществляются без обратной связи, то есть не происходит постоянной корректировки движения. А когда мы только учимся делать новое движение, идет сложное взаимодействие: мышце подается сигнал о действии, от нее обратно поступает сигнал о результате действия, и идет корректировка, т. е. мышца движется под постоянным контролем, на что требуется много времени. Во всех этих процессах участвуют разные области мозжечка и некоторые другие структуры головного мозга.

Нужно научиться реагировать на раздражители, предшествующие опасному действию. Например, следует реагировать не на сам удар, а на подготовку к нему - ведь прежде чем ударить, противник обязательно посмотрит на цель, сменит позу, напряжет мышцы, вдохнет. Времени более чем достаточно. Нужно только выработать условный рефлекс, заложить в подсознание новый раздражитель и ответную реакцию на него.

1. 3. Свободное падение тел

Свободным падением называется движение тела под действием силы тяжести. Поскольку сила тяжести, действующая на каждое тело вблизи поверхности земли, постоянна, то свободно падающее тело должно двигаться с постоянным ускорением, т. е. равноускоренно (это вытекает из второго закона Ньютона).

Особенностью свободного падения является то, что все тела в данном месте земли падают с одинаковым ускорением. Это ускорение называется ускорением свободного падения. Её принято обозначать буквой g (первой буквой латинского слова gravitas (гравитас), что означает «тяжесть».

Существуют разные способы, позволяющие определить величину g с большой точностью (например, до 0,00001 м/с2). Но при решении задач школьного курса физики, где не требуется высокой точности результата, обычно используют значение 9,8 м/с2 или даже 10 м/с2.

Так как в нашем примере движение свободно падающего тела представляет собой равноускоренное движение без начальной скорости, то перемещения рассчитываются по формуле: s = g t2 / 2 или h = g t2 / 2 (т. е s = h).

2. Исследование времени реакции человека.

2. 1. Создание измерительного прибора

Идея изготовления измерительного прибора проста: если позволить вертикально расположенной линейке падать свободно (например, разжав державшие ее за верхний конец пальцы), то она будет двигаться вниз равноускоренно с ускорением g (ускорение свободного падения).

Если сразу же линейку поймать, то по участку h между пальцами – отметками, где мы ее держали и где поймали, - можно судить о том, сколько времени t она падала. Это время и будет равно времени реакции человека.

Из формулы пути пройденного телом при свободном падении выразим время падения: h = g t2 / 2, t2 = 2h / g, (1)

По справочнику находим значение ускорения свободного падения с точностью до сотой: g = 9,81 м/с2 или g = 981 см/с2. Это значение подставим формулу (1) и получим выражение: (2)

Применяя математические правила округления десятичных дробей, округлим числовой коэффициент до стотысячных.

Получим: (3)

В формулу (3) вместо h будем подставлять значения 1см, 2см, 3 см, , 50 см. Результаты расчетов времени округляем до трех значащих цифр и вносим их в таблицу.

В соответствии с табличными данными градуируем линейку, нанося время рядом с сантиметровыми делениями. Получаем прибор для измерения времени реакции человека. Точность измерений будет составлять до одной тысячной доли.

Этим прибором можно воспользоваться для определения биологического возраста. Так в журнале «СамаЯ» приводится тест из четырех небольших испытаний по определению примерного биологического возраста. .

2. 2. Результаты исследований

Рекомендуется измерения проводить вдвоем: один незаметно отпускает линейку, другой (испытатель) ее ловит.

Результаты измерений вносим в таблицу. У испытуемых (учащихся 9-11 классов) вносились в таблицу сведения о посещении спортивных секций, а также их интерес к будущей профессии.

У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет: 0,1- 0,3 секунды. Измерения показали, что у всех обследованных подростков результат времени реакции - удовлетворительный.

Чтобы выявить зависимость результатов времени реакции от утомляемости человека, эксперименты были проведены после первого урока (это время считается, что организм ученика уже проснулся и потому любые мониторинги в школе проводят вторым уроком), а затем в конце учебного дня (после шестого урока).

Исследования показали, что у большинства учащихся время реакции повысилось, т. е. проявляется заторможенность действий. Приложение 10.

Полностью подтверждается мнение о том, что у подростков, занимающихся спортом, посещающих спортивные секции по волейболу, баскетболу, время реакции лучше, чем у ребят, не интересующихся спортивными играми.

Были проведены измерения с людьми разных профессий (педагогами и другими работниками школы), чтобы убедиться в том, что профессиональные навыки влияют на время реакции человека. Им были заданы два вопроса: «Занимаетесь ли регулярно спортом? Водите ли Вы автомобиль?»

Результат исследований таков: у мужчин и женщин, занимающихся спортом и имеющих постоянный опыт вождения машины, результат времени реакции лучше. У людей, не занимающихся спортом и не имеющих навыки вождения, - время реакции хуже.

Из 34 обследованных подростков 7 человек планируют выбрать профессии, связанные с риском. . Им даны рекомендации для улучшения быстроты реакции.

2. 3. Рекомендации для улучшения быстроты реакции

Еще раз повторюсь, что двигательные реакции должны осуществляться на уровне условных рефлексов, а для этого необходима серьезная тренировка. Поэтому самый главный совет, вытекающий и анализа исследований: жить – со спортом дружить.

Очень эффективны по развитию быстроты реакции спортивные эстафеты, где сигнал в мозг поступает через осязание. То есть, надо как можно быстрее приступить к действию после того, как только предыдущий игрок коснется тебя.

Участникам эксперимента были предложены две игры, развивающие быстроту реакций на раздражитель.

Игра №1: «Летают - не летают». В этой игре сигнал в мозг поступает через орган слуха – уши.

Ведущий игрокам говорит и при этом машет руками: «гуси летают». Игроки, услышав название птицы, кричат «да» и машут руками. Ведущий вновь машет руками и кричит: «лягушки летают». Игроки должны отвечать «нет» и не махать руками. Кто ошибся, у него забирается фант. Ведущий несколько раз подряд может называть птиц, либо, наоборот, других нелетающих зверей.

Игра №2: «Хлопушки», сигнал в мозг поступают через органы зрения – глаза. Первый партнер становится и располагает открытую ладонь так, чтобы второму было удобно по ней бить. Например, становится боком ко второму, открытую ладонь держит перед собой. Второй партнер бьет по ладони первого в произвольные моменты времени. Задача первого - убрать ладонь, задача второго - попасть. Можно вести счет. Затем партнеры меняются.

Принцип, заложенный в этой игре, можно перенести на другие технические действия, например, на подсечки и уходы от ударов ног по нижнему уровню.

Заключение

Познакомившись с информацией из Интернета и из книжных источников, я глубже осознал вопрос о том, что скорость реакции человека определяется работой нервной системы.

Информация проносится через мозг и тело по нервам, словно крохотные электрические искорки по проводам. В мозг сигналы поступают от глаз, ушей и других органов чувств. А мозг решает, как поступить. Затем посылает двигательные сигналы мышцам. У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет 0,1- 0,3 секунды.

Применив физическую теорию о свободном падении тел, создал простейший прибор для измерения времени реакции человека из обычной ученической линейки. (Примечание: использовал линейку длиной 50 см).

Анализ проведенных измерений привел к следующим выводам:

✓ время реакции подростка зависит от его тренированности (т. е. часто ли занимается спортивными упражнениями);

✓ время реакции зависит от утомляемости (т. е. к вечеру появляется заторможенность действий);

✓ люди, работающие на транспорте и занимающиеся спортом, имеют хороший результат быстроты реакции на раздражитель.

В моей работе подобраны советы и игры, направленные на улучшение времени реакции человека, которыми могут воспользоваться подростки, имеющие склонность к профессии, где время реакции является одним из важных критериев отбора, а также организаторы досуга детей.

Практическую ценность своей работы вижу в том, что каждый подросток, узнав свое время реакции, осознает необходимость улучшения результата, будет работать над собой и, возможно, это повлияет на выбор профессии.

И дома, и в школе, и на улице - в любую минуту подросток сможет уберечь себя от опасного для жизни воздействия.

В дальнейшем планирую исследовать зависимость времени реакции на раздражитель от темперамента человека.