Скалолазание + физика: наука в движении

Автор: Новичкова Мария Алексеевна

Организация: ОАНО ''Новая школа''

Населенный пункт: г. Москва

Введение

Современные ФГОС ориентируют педагога на создание условий для практического применения знаний и формирование универсальных учебных действий. Одним из эффективных путей реализации данных требований является сочетание учебных дисциплин и использование деятельностных форм.

Скалодром представляет собой естественную «лабораторию» механики, где учащиеся могут через собственные ощущения исследовать действия сил, законы равновесия и преобразование энергии. Такой подход одновременно развивает познавательные, физические и личностные качества школьников.

 

Цель и задачи

Цель: формирование у учащихся понимания физических явлений на основе практической деятельности и двигательного опыта в процессе скалолазания.

Задачи:

1. Познакомить с базовыми законами механики (сила тяжести, трение, центр тяжести, моменты сил, работа и энергия).
2. Продемонстрировать влияние физических факторов на движения скалолаза.
3. Развивать координацию, силу, ловкость и навыки безопасного поведения.
4. Сформировать умение наблюдать, измерять, анализировать и делать выводы.
5. Обеспечить условия для проявления самостоятельности, инициативы и командной работы.

 

Планируемые результаты:

1. Личностные:

• формирование ответственного отношения к собственной безопасности и действиям партнёра;
• развитие интереса к изучению природных явлений через их практическое проявление;
• повышение учебной мотивации.

2. Метапредметные:

• умение ставить цель, планировать и анализировать деятельность;
• навыки экспериментирования: измерение, фиксация данных, сравнение результатов;
• сотрудничество в группах, распределение ролей, коммуникация.

3. Предметные (физика):

• понимание действия силы тяжести;
• практическое выявление роли трения;
• определение влияния положения центра тяжести на устойчивость;
• осознание принципа рычага и момента силы;
• понимание механической работы.

 

Теоретическая основа урока

1. Сила тяжести и вес
   При подъеме по стене на человека действует сила тяжести:

F=m⋅g,

где F — это сила тяжести (или вес), действующая на тело (измеряется в ньютонах, Н).

m — это масса объекта (измеряется в килограммах, кг).

g — это ускорение свободного падения.

Значение g для Земли приблизительно равно 9,81 м/с² (метра в секунду в квадрате). Для упрощенных расчетов часто используют округленное значение 10 м/с².

Ученики анализируют нагрузку на руки и ноги при подъеме.

2. Сила трения
   Трение рук и ног со стеной удерживает скалолаза:

Fтр = μ ⋅ N, где μ — коэффициент трения скольжения, а N — сила нормальной реакции опоры.

Практическое задание: измерение силы трения при различных зацепах и обуви.

3. Центр тяжести и равновесие
   Смещение центра тяжести над опорой позволяет сохранять равновесие. Ученики определяют центр тяжести на модели или на себе и наблюдают влияние его положения на устойчивость.

Приблизительное расположение в теле:

В анатомически правильном положении стоя (прямая осанка, руки по швам) центр тяжести человека находится примерно:

У мужчин: немного выше пупка, на уровне поясничных позвонков (L1-L2).

У женщин: чуть ниже пупка, ближе к тазу (на уровне второго крестцового позвонка, S2).

Это усредненные значения, которые зависят от телосложения, позы, возраста и распределения веса.

Как почувствовать свой центр тяжести (экспериментально):

Поиск точки баланса: Встаньте прямо, ноги вместе. Попробуйте слегка покачиваться вперед и назад, вправо и влево. Точка, вокруг которой вы балансируете и через которую проходит воображаемая вертикальная линия, перпендикулярная земле, — это ваш центр тяжести. Вы почувствуете его как ось, удерживающую ваше тело в вертикальном положении.

Сужение базы опоры (эксперимент):

Встаньте ровно, ноги на ширине плеч. Почувствуйте устойчивость.

Постепенно сдвигайте ноги вместе, пока не встанете вплотную. База опоры стала меньше, и балансировать стало сложнее.

Попробуйте встать на одну ногу. База опоры еще меньше, и для сохранения равновесия приходится активно управлять положением центра тяжести.

Точка, которую вы пытаетесь удержать над вашей крошечной базой опоры (стопой), и есть ваш центр тяжести.

Демонстрация смещения центра тяжести:

Центр тяжести смещается при изменении положения конечностей или позы:

Наклон вперед: Ваш центр тяжести перемещается вперед и может даже выйти за пределы вашего тела (например, если вы сильно наклонитесь, не сгибая коленей, вы упадете).

Поднятие рук: Поднятие рук над головой немного поднимает общий центр тяжести всего тела вверх.

4. Момент силы и рычаги
   Поднятие руки или ноги на зацепку — пример использования рычагов:

M=F⋅d,

где M — это момент силы, физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на тело. Единица измерения в системе СИ — ньютон-метр (Н·м).

F — это модуль силы, приложенной к объекту (измеряется в ньютонах, Н).

d — это плечо силы, то есть кратчайшее (перпендикулярное) расстояние от оси вращения (или выбранной точки, относительно которой определяется момент) до линии действия силы

Длинные движения требуют меньших усилий, чем короткие резкие.

Физика рычагов при верхней страховке:

В системе «верхняя точка – скалолаз – страховщик» формируется рычажная схема. Верхняя точка (служащая блоком) меняет направление силы — верёвка передает нагрузку вниз к страховщику. Когда скалолаз нагружает верёвку, создаётся момент силы относительно точки крепления. Страховщик испытывает силу, близкую к весу скалолаза (с поправкой на трение в карабине), но благодаря рычажному принципу может удерживать значительно больший вес, используя страховочное устройство, увеличивающее плечо силы. Таким образом, система работает как сложный рычаг, где:
- верхняя точка — ось вращения,
- скалолаз — точка приложения силы,
- страховщик и устройство — звено, увеличивающее эффективность удержания.
 

5. Энергия и работа
   Каждый шаг на стене — работа против силы тяжести:

A=F⋅h,

где A — это работа. Единица измерения в системе СИ — джоуль (Дж).

F — это сила, приложенная для перемещения объекта. Единица измерения — ньютон (Н).

h — это высота или пройденное расстояние в направлении действия силы. Единица измерения — метр (м).

Энергия мышц превращается в механическую работу, поднимая тело вверх.

 

Ход урока

Этап 1. Разминка

Задача: подготовить мышцы и создать базу для обсуждения силы тяжести.

Деятельность: учащиеся выполняют наклоны, приседания, упражнения с небольшим грузом (рюкзак 3–5 кг).

Обсуждение: как вес влияет на мышечные ощущения? Почему при увеличении массы возрастает сила тяжести?

Этап 2. Практическая работа на стене

Задача: изучить действие трения и работу силы тяжести.

Деятельность:

• проба разных типов зацепов;
• измерение высоты подъёма;
• фиксация положения центра тяжести во время движения.

Вывод: устойчивость зависит от трения и положения тела относительно опоры.

Этап 3. Эксперименты с центром тяжести

Деятельность:

• упражнения на равновесие: стояние на одной ноге, перемещение веса;
• работа на баланс-платформе;
• обсуждение: почему при узкой опоре сложнее держать равновесие?

Вывод: устойчивость сохраняется, если проекция центра тяжести находится внутри площади опоры.

Этап 4. Анализ движения и механики рычага

Учащиеся наблюдают, какие движения легче и почему: длинные плавные или короткие резкие. Выявляется влияние плеча рычага на величину усилия.

Этап 5. Рефлексия

Форма — устная мини-дискуссия.

Примерные вопросы:

Какие физические явления вы почувствовали телом?

Что было легче: удержание равновесия или движение вверх?

Какие законы физики вы увидели на практике?

 

Методические рекомендации

1. Обеспечить полную страховку и инструктаж по технике безопасности.

2. Применять простые измерительные инструменты (линейка, маркеры высоты, электронные весы).

3. Использовать приёмы проблемного обучения: постановка вопроса → эксперимент → обсуждение.

4. Вводить командные задания, мини-соревнования, групповой анализ.

5. Предоставлять учащимся возможность самостоятельного выбора траектории движения.

Результаты и обсуждение

Проведение межпредметного урока позволяет учащимся:

• глубоко понять законы механики через личный двигательный опыт;
• повысить интерес к естественнонаучным дисциплинам;
• улучшить координацию, силу, внимательность и ответственность;
• развить навыки анализа, рефлексии и командного взаимодействия.

 

Урок соответствует требованиям ФГОС по формированию метапредметных результатов и обеспечивает сочетание физического и интеллектуального развития.

 

Заключение

Использование скалолазания как практико-ориентированной среды значительно повышает эффективность изучения физики. Межпредметный подход способствует формированию полноценных, осмысленных знаний, а также развивает мотивацию, самостоятельность и ответственность учащихся. Опыт показывает, что обучение через движение делает науку живой, наглядной и глубоко понятной.

Опубликовано: 08.12.2025