Какие свойства придают прочность костям придают

От чего зависит прочность костей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Кости — единственный твёрдый материал в организме. Главное физическое свойство кости это ее прочность.

Гипотеза: прочность костной ткани зависит от ее химического состава.

В организме человека кости образуют скелет, который с помощью мышц держит тело. Скелет защищает внутренние органы. Нам необходимо выяснить какие свойства позволяют кости быть опорой и защитой.

Целью работы является выяснение компонентов костей, отвечающих за физические свойства кости.

Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:

1) выяснить, как устроены кости;

2) вывести их химические и физические свойства;

3) провести опыты с целью выявления компонентов костей, отвечающих за прочность костей.

Методы исследования: поисковый, экспериментальный, анализ полученной информации.

Объект исследования: кости.

Предмет исследования: прочность костей.

Основная часть

1. Физические свойства кости

По прочности кости превосходят сталь, но намного легче её. Если бы мы состояли из стальных костей, то вес скелета достигал 240 кг.Самая длинная кость в теле — бедренная. Она составляет ¼ часть всего роста человека и способна выдержать нагрузку давления до 1500 кг.

2. Химический состав кости

Из литературы я узнала, что вещества, входящие в состав кости можно разделить на две группы: органические (1/3) и неорганические (2/3). Органические вещества — белки, жиры и углеводы. Неорганические – соли кальция, фосфора и магния.

3. Эксперименты

Д ля эксперимента мы взяли куриные трубчатые кости бедра, уксус (9 %), уксусную кислоту (70 %), три банки с крышками. В первую банку положили 1 косточку, во вторую 2 косточки и залили одинаковым количеством уксуса. В третью банку положили одну косточку и залили таким же количеством уксусной кислоты.

Ч ерез три дня кости вынули. Косточка из первой банки легко гнулась во все стороны. Мы связали ее резинкой. У кости из второй банки сгибались только края на уровне головок. Кость из третьей банки стала белой, слегка гнулась. Она была легче других, потому что разрушился губчатый слой, и кость стала пустой внутри.

Через сутки все три кости затвердели. Первая кость застыла деформированной.

Четвертую кость еще влажной мы стали нагревать над свечкой.

Через 3 минуты кость стала темнеть. Из кости выходила жидкость в виде пара. Появился запах шашлыка. Потом заблестел выделившийся жир, запахло горелым мясом. Через 15 минут обуглившаяся кость развалилась на части.

Выводы:

1) После уксусной кислоты кость сохранила форму, но стала эластичной (мягкой и гибкой). Из кости удалилась часть неорганических веществ.

2) После нагревания кость потеряла форму. В ней разрушились органические вещества.

3) Прочность кости зависит от сочетания органических и неорганических веществ.

4. Опыты

В кабинете химии мы проделали опыты, чтобы доказать, что из кости вышли неорганические вещества: фосфор и кальций.

Опыт 1. Кости состоят из фосфата кальция Са3(РО4)2. Любая кислота делает его растворимый. При взаимодействии с уксусной кислотой образуется фосфорная кислота и кальциевая соль уксусной кислоты:

Са3(РО4)2 + 6CH3COOH = 2H3PO4 + 3(CH3COO)2Ca

В пробирку мы отлили раствор из третьей банки и добавили нитрат серебра. В пробирке появился желтый осадок: H3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4 (желтый осадок) + 3HNO3

В ывод: желтое вещество – фосфат серебра. Значит, в костя есть фосфор, который вышел при взаимодействии с уксусом..

Опыт 2. В другую пробирку в раствор из третьей банки мы добавили карбонат натрия. Должен был появиться белый осадок:

(CH3COO)2Ca +Na2CO3 = CaCO3(белыйосадок) + 2CH3COONa.

Опыт не получился. Появилась белая пена, выделился углекислый газ:

2CH3COOH + Na2CO3 =2CH3COONa + СО2 (углекислыйгаз) + H2O(вода)

Мы предположили, что опыт не получился из-за большого количества кислоты.

Заключение

Наша гипотеза подтвердилась. Механические свойства костей зависят от их химического состава. Прочность костной ткани зависит от ее химического состава.

Кости состоят из органических и неорганических веществ. Кальций и фосфор придают кости твердость. Белки — упругость и эластичность. Твердость и эластичность делают кости прочными.

Работая над темой, мы узнали много нового и полезного. Нам понравилось проводить опыты. Было сложно, но интересно, изучать химические формулы.

Список литературы

1. Человек/М.О.Лукьянов, Н.Н. Малофеева, Л.С. Сергеева и др. – М.:ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2010. – 96 с. – (Детская энциклопедия РОСМЭН), с. 18-21

2. Интересные факты о костях человека [электронный ресурс]. URL: https://kartinkinaden.ru/nauka/chelovek/1026-interesnye-fakty-o-kostyah-cheloveka.html (Дата обращения: 10.02.2019).

Просмотров работы: 245

Тема урока: «Строение, состав и свойства костей, рост костей».Цель урока: изучить химический состав, строение и свойства костей, рост костей
Тип урока: комбинированный.
Методы: проблемно – исследовательский, объяснительно иллюстративный, аналитический, индуктивный.
Оборудование: таблицы: «Скелет человека», «Строение костей», «Типы соединения костей» Интерактивная доска, презентация Power Point. 

выставка продуктов питания, необходимых для укрепления костной системы; 

подарки учащимся ( творожные сырки); 

на столах учащихся раздаточный материал: прокаленные, декальцинированные кости, салфетки, кусочки мрамора; печатный материал: оценочные листы с инструкционными картами для выполнения лабораторной работы и тестовыми заданиями, рабочий лист.

2 штатива, аптекарские чаши весов, лист бумаги.

Структура урока:

^ Актуализация знаний учащихся и целеполагание. 

Учитель биологии. Здравствуйте, ребята! Сегодня мы продолжаем разговор о движении человека. Девизом урока я выбрала слова Вольтера: “Движение – это жизнь”. (Слайд 1)^ Проверка знаний учащихся. Воспроизводящая беседа и тест. 

— А какая система органов обеспечивает движение тела, перемещение его в пространстве?

-Из каких частей состоит Опорно-двигательная система?

 (Слайд 2) (Слайд 3)

— Как называется наука о костях?

— Каковы основные функции опорно-двигательного аппарата? 

Выполнение тестового задания (5 минут) Подпишите свой оценочный лист и приступайте к выполнению теста.

Один ученик работает у доски по слайду: Назовите отделы скелета и покажите их на модели скелета человека. устанавливает соответствие в строении скелета. (Слайд 4)

^ Изучение новой темы: (запись темы в тетрадь). (Слайд 5)

Формулировка цели урока. Попробуйте самостоятельно сформулировать цель нашего урока. (Учащиеся формулируют цель урока, исходя из названия темы урока). 

Цель урока: изучить строение, свойства и химический состав костей, рост кости и типы соединения костей. (Слайд 6)

–Какие вопросы мы должны рассмотреть сегодня на уроке?

Какие особенности состава, строения и свойства костей обеспечивают выполнение опорной и защитной функции?

Как происходит рост кости?

Как соединяются между собой кости в скелете. 

Для ответа на эти вопросы вам предстоит поработать самостоятельно в группах. Каждой группе даны вопросы задания. 1 группа — изучает строение костей, 2 группа – химический состав костей, 3 группа – типы соединения костей.(на работу отводится 7 минут) (работа в парах. Группа – ряд)

Учитель: Ответим на первый вопрос.

Какая наука изучает вещества и их свойства?

Биология и химия – естественные науки. Они тесно взаимосвязаны. 

Для химиков очень важна логическая взаимосвязь понятий: состав – строение – свойства; она является для химиков основной при изучении веществ (учитель прикрепляет карточки схемы на доске, учащиеся записывают в тетради). Интересно проследить эту взаимосвязь на примере веществ, из которых состоит костная ткань. И химия нам в этом первая помощница, ведь химия – это наука о веществах. Кость состоит из чего? – Из веществ. 

Помогут нам в изучении химического состава кости учащиеся 1 группы, которые занимались изучением этого вопроса.

Сообщения учащихся: Учёные установили, что в состав кости входят многие вещества, химический состав её очень сложен. Кость состоит из воды, органических и неорганических веществ. Обезжиренная, и обезвоженная кость состоит на 1/3 из органических веществ, получивших название “оссеин”, и на 2/3 из неорганических. Химики установили, что в состав кости входят соли кальция и магния, фосфора, и более 30 других различных элементов, необходимых для нормального функционирования костной ткани. Итак, кость состоит из многих веществ и обладает определенными свойствами.(Слайд 6)

— Какие свойства кости позволяют ей выполнять свои функции?

— Твердость, прочность, гибкость. И очень важным свойством кости является прочность. 

Сообщения учащихся: По прочности кость сравнивают с некоторыми металлами (медью, железом). Прочность кости относится к прочности стали, как 1:10. Например, короткий сегмент большеберцовой кости может выдержать вес легкового автомобиля! Предел прочности ребер на излом у молодых колеблется от 85 до 110 кг. Кость тверже кирпича в 30 раз, гранита – в 2,5 раза. Она прочнее дуба и почти также прочна, как чугун.(Слайд 7)

Кость очень прочна, а почему? (Постановка проблемы урока.) 

^ А. Лабораторный опыт: “Свойства прокалённой и декальцинированной кости”

Мы постараемся ответить на этот вопрос с точки зрения состава. И для этого проведём лабораторный опыт, ведь “опыт – кратчайший путь познания истины”, а народная мудрость гласит: “Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать”, а я бы ещё добавила: “А ещё лучше потрогать”, ведь чтобы определить свойства (твёрдость, гибкость, хрупкость), нужно косточки потрогать (используйте салфетки). (

Слайд 8).

Цель опыта — найти ответы на вопросы: “Чем определяется прочность кости? Влияет ли состав кости на её свойства? ”. 

Вы знаете, что для опыта нам нужны три кости животных: нормальная, прокаленная и декальцинированная. Спасибо всем, кто принял участие в подготовке опыта. Мы выяснили, что кость состоит из органических (ОВ) и неорганических веществ (НВ). 

— Давайте вспомним: как мы получили прокаленную кость?

— Мы прокалили её длительное время в духовом шкафу.

— Что происходило с органическими веществами кости при прокаливании?

— Органические вещества сгорали, остались неорганические.

Запись на доске: 

— Из каких веществ состоит прокалённая кость?

— Из неорганических.

— Как мы получили декальцинированную кость?

— Мы поместили кость в раствор соляной кислоты.

— Что произошло с неорганическими веществами в соляной кислоте?

— Неорганические вещества растворились, а органические остались. 

Запись на доске: 

— Как вы понимаете слово “декальцинированная кость?” Из каких веществ состоит декальцинированная кость?

Итак, сравним свойства прокаленной, декальцинированной и нормальной кости и ответим на вопрос: какие вещества определяют прочность кости? Перед вами инструкционная карта. Читаем задание и выполняем его. Заполняем таблицу и делаем вывод.

(Слайд 9)

— Какое свойство наиболее характерно для прокалённой кости?

— Хрупкость.

— Какие свойства характерны для декальцинированной кости?

— Упругость, гибкость.

— Для нормальной?

— Твёрдость, упругость, гибкость, прочность.

— Какие вещества входят в состав кости?

— Органические и неорганические. 

— Какое свойство кости зависит от органических веществ?

— Гибкость.

— Какое свойство кости зависит от неорганических веществ?

— Твёрдость. 

— Уместно сказать о единстве живой и неживой природы, ведь в состав кости входит карбонат кальция, он же – мрамор, потрогайте, какой он твердый!

— Сочетание твёрдости и гибкости определяют прочность кости. 

Вывод. Свойства кости определяются её составом. Прочность кости определяется единством органических и неорганических веществ. Итак, мы убедились, что свойства кости зависят от состава. Но только ли состав влияет на свойства?

— От чего еще зависят уникальные свойства кости? 

— От строения. 

^ Б. Объяснение вопроса строения кости 2 группа: “Строение кости”.Учитель биологии. Рассмотрим строение кости, и докажем что ее свойства зависят от строения. По ходу моего объяснения вы будете выполнять задание 1 на (обозначение частей кости на рисунке). 

— Какие типы костей по строению вы знаете?

(Слайды 10)Учащиеся 2 группы: Рассмотрим строение кости на примере трубчатой. Где расположены эти кости? У трубчатой кости два эпифиза ( от греч. расти на чем либо) – расширяющиеся на концах. Один, проксимальный (от лат. ближайший), ближе к туловищу, другой, дистальный (от лат. отстою), — дальше. Тело трубчатой кости носит название диафиз (от греч. расти между чем-либо) Между диафизом и эпифизами у детей и подростков располагаются метафизы. Именно за счет этих участков трубчатые кости растут в длину. Со временем хрящ заменяется костными клетками, и рост кости останавливается. Происходит это до 20-25 лет.

— Ребята, назовите основную ткань, из которой построена кость? 

-А что такое соединительная ткань? Какие она имеет особенности?

^ Костная ткань построена из костных клеток и межклеточного вещества, имеющего у человека пластинчатое строение.

<

Слайды 11>.

Снаружи кость покрыта 

надкостницей – тонкой, но весьма прочной оболочкой. Ее толщина у разных костей колеблется от 0,1 до 0,8 мм. В надкостнице можно выделить 2 слоя: внешний – более грубый, волокнистый, с множеством кровеносных сосудов и нервов, и внутренний – тонкий, нежный. Внешний слой выполняет функцию связи кости с сухожилиями, связками, мышцами, а внутренний – образует собственно кость. Именно этот слой восстанавливает ее при повреждениях и переломах, участвует в росте кости.

<

^ Слайды 12>.

В костной ткани выделяют три вида клеток: 

остеобласты – за счет которых кость растет, остеокласты – предназначенные рассасывать (растворять) то, что препятствует росту и перестройке кости. Они буквально вгрызаются в плотное вещество кости и растворяют его. Благодаря этому расширяется полость кости, и она становится трубкой. И остеоциты – зрелые клетки костной ткани.

<

^ Слайды 13>.

Костные клетки и межклеточное вещество образуют систему костных пластинок, вставленных друг в друга как цилиндры с разным диаметром, вокруг сосудов.

Если костные пластинки плотно прилегают друг к другу, то образуется компактное вещество, а если рыхло – то губчатое.

Под надкостницей находится плотное компактное вещество – костное. В нем находятся кровеносные каналы и нервы

За компактным веществом прячется 

губчатое. Губчатое вещество — более пористое по строению, и состоит из тонких перекладин. В губчатом веществе есть ячейки, в которых расположен красный костный мозг. У взрослых он содержится в плоских костях, в губчатых, и на концах (эпифизах) трубчатых костей.^ Красный костный мозг – орган кроветворения и орган иммунной системы человека. Полость в диафизах заполнена желтым костным мозгом, в котором много жировых клеток.

— Может ли трубчатое строение обеспечить кости большую прочность?

Демонстрация опыта. На демонстрационном столе выставляются два штатива с кольцами, расположенными вертикально. Один лист бумаги сворачивается в полоску, другой — в трубку. 

1испытание: Бумажную полоску просовывают в кольца и укрепляют так, что ее середина свободно провисает между кольцами. Учитель вешает на нее чашку от аптекарских весов, которую затем нагружает грузом до тех пор, пока лист не согнется.

2испытание: между кольцами закладывают трубку и сразу вешают на нее чашку с грузом, который согнул бумажную полоску. Учащиеся видят, что эта нагрузка не может согнуть трубку. Чашку весов учитель нагружает до критической величины, после чего сравниваются результаты первого и второго испытания.

Вывод: Трубка обладает большей прочностью, чем стержень такой же массы.

— Чем обеспечивается большая прочность? 

— Есть ли закономерность в расположении пластинок губчатого вещества?

<

^ Слайды 14>.

Пластинки губчатого вещества пересекаются под углом 90, поэтому они противостоят растяжению и сжатию. Поскольку перекладины опираются на компактное вещество кости, возникает жесткая и прочная конструкция, в которой нагрузка равномерно распределяется на всю ткань. Данные особенности строения были использованы Эйфелем при создании всемирно известной башни – Эйфелевой.

<

Слайд 15>.

Повторим основные понятия по строению кости: надкостница, костное вещество, губчатое вещество, красный костный мозг, желтый костный мозг, костные клетки: остеобласты, остеокласты, остеоциты

— Итак, мы рассмотрели строение, и рост кости, и теперь можем ответить на вопрос: “Зависят ли свойства кости от ее строения?”.

Учитель: Вернемся к нашему второму вопросу: 

— Как соединяются между собой кости в скелете, и в чем проявляется взаимосвязь строения и функций их соединений? 

Об этом нам расскажут учащиеся 3 группы.

-О каких способах соединения костей вы слышали и знаете?

По выполняемым функциям существуют три группы соединения костей: неподвижные, малоподвижные, подвижные соединения.

(Слайд16)

Неподвижное соединение костей происходит путем их срастания. Движения при этом ограничены или вовсе отсутствуют. 

(Слайд17)

– Какие кости имеют такой тип соединения?

— Как соединены кости черепа?

— Какие особенности есть в строении черепа ребенка?

— Какое значение имеет такое соединение костей черепа?

(Слайд18)

2. Полуподвижное соединение достигается упругими хрящевыми прокладками между костями. Такие прокладки находятся между отдельными позвонками. При сокращении мышц эти прокладки сжимаются и позвонки сближаются. При ходьбе, беге, прыжках прослойки упругого хряща действуют как амортизаторы, смягчая резкие толчки и предохраняя тело от сотрясения.(грудные позвонки, ребра с грудиной). 

— Какое значение имеет такое соединение? Такое соединение имеет опорное, защитное и двигательное значение.

(Слайд19)

3. Подвижное соединение. 

— Какие кости в скелете человека соединены подвижно? 

— Как называется такое соединение?

— Какое значение имеет?

— Какое строение имеет суставное соединение?

Ученик: Сустав состоит из суставных поверхностей сочленяющихся костей; суставной сумки, суставной полости, суставной жидкости. Суставные поверхности костей покрыты гладким хрящом (облегчение движения костей в суставе). Суставная поверхность одной из костей сустава (головка) – выпуклая, суставная поверхность другой (впадина) – вогнутая. Суставная сумка охватывает суставные поверхности сочленяющихся костей, образуя замкнутую полость, заполненную суставной жидкостью. Количество суставной жидкости, заполняющей узкую щель между суставными поверхностями, очень невелико. Жидкость выполняет роль смазки. Суставы укрепляются связками, которые располагаются вне суставной сумки и внутри нее.

Суставы различаются по числу и форме суставных поверхностей костей и по возможному объему движений, т.е по числу осей, вокруг которых может совершаться движение.

По форме суставных поверхностей суставы делят на 4 типа:

— плоские (между костями запястья и пястья),

— Цилиндрические (между локтевой и лучевой костями)

— Эллипсоидные (между костями предплечья и кисти)

— Шаровидные (плечевой сустав).

По числу поверхностей:

— простые (две суставные поверхности),

— сложные (более двух)

Итак все 3 группы поработали хорошо. Давайте подведем итог.

Одна из основных функций костей – защитная. Чтобы с ней справиться, кости должны быть и крепкими, и прочными, и упругими. Достигается это благодаря своеобразию химического состава и строения кости. А защитная функция и подвижность скелета различными видами соединения костей.

— Как вы думаете, изменяется ли состав костей с возрастом? Каким образом? Рассмотрим диаграммы “Возрастные изменения состава костей”.

<Слайд 20>.

С возрастом увеличивается содержание в кости неорганических веществ и уменьшается содержание органических. 

— Почему у детей часто встречаются искривления костей, а у пожилых людей переломы? 

— Почему в вашем возрасте нужно постоянно следить за осанкой? 

^ Сообщение учащегося: — Детские кости достаточно гибкие, и неправильная осанка может привести к искривлению позвоночника. В нашей школе по данным медосмотра у 36 учащихся нарушение осанки, в среднем звене – 18 человек уже испортили свою осанку. Не попадайте в их число! Здоровье – самое большое богатство человека, и его нужно беречь смолоду. Установлено, что умеренная нагрузка на кость увеличивает её прочность, поэтому очень важно заниматься физической культурой. Здоровье кости зависит от многих факторов, немаловажное значение имеет сбалансированное питание.(Слайд 21)Учитель биологии. Выдающийся русский анатом П.Ф. Лесгафт проделал интересный опыт. Он кормил четыре группы щенков разной пищей: молочной, мясной, смешанной и растительной. В костях щенков, которых кормили молоком и мясом, соотношение неорганических и органических веществ было примерно 1:1. Несколько меньше неорганических веществ в кости при смешанном питании, и особенно при питании растительной пищей, где это соотношение выражается 1:2. 

При недостатке неорганических веществ в кости, а именно солей фосфора и кальция, развивается заболевание, которое носит название – рахит. Соли не усваиваются из-за недостатка витамина D и солнечного света. В результате в такой кости соотношение неорганических веществ к органическим составляет 1:4, тогда как в нормальной кости 3:1. Кости ребенка, страдающего рахитом, мягкие, гибкие. Кости черепа, таза, грудной клетки, нижних конечностей деформируются. Профилактикой такого заболевания служит правильное сбалансированное питание, направленное на нормализацию нарушенных обменных процессов. Необходимо вводить в питание овощные продукты, белки и жиры, также употреблять фруктовые и овощные соки, крупяные каши, яйца и витамины группы B и D. Все перечисленные продукты представлены на нашей выставке здорового питания.

^ VI. Подведение итогов урока.(Слайд 22).Подытожить наш урок можно словами П.Ф.Лесгафта: «Костная система человеческого организма устроена таким образом, что при наибольшей легкости она представляет наибольшую крепость и всего лучше в состоянии противодействовать влиянию толчка и сотрясения»(Слайд 23.)VI. Домашнее задание: § 23 стр. 81, ответить на вопросы и найти дополнительную информацию об опорно-двигательной системе под рубрикой “Это интересно”.Учитель . На память об этом уроке мы угощаем вас творожными сырками. Как вы думаете, почему мы выбрали такие подарки?

— Молочные продукты содержат кальций, он необходим для укрепления костей.

Следите за своей осанкой, занимайтесь физической культурой и правильно питайтесь. Желаем, чтобы ваши косточки были здоровы, а вы были всегда такими гибкими и пластичными.

Оценочный лист учащегося 8 «А» класса________________________________________

Тестовые задания:

Вариант №1

Кости состоят из ткани: а) эпителиальной, в)мышечной, с)нервной, д)соединительной, е)эпителиальной.

Короткие кости: а) плечевая, в) ребра, с)позвонки, д)кости запястья, е)лопатка.

Кость плечевого пояса: а) плечевая, в) лучевая, с) ребра, д)ключица, е)локтевая.

Активным элементом опорно-двигательной системы является: а) кости, в)связки, с)суставы, д)мышцы.

Скуловая кость, носовая кость, нижнечелюстная кость относятся к отделу скелета: а)лицевой отдел черепа, в)пояс верхних конечностей, с)туловище, д)верхние конечности, е)мозговой отдел черепа.

Пара лопаток и пара ключиц составляют скелет: а) верхних конечностей, б)пояса нижних конечностей, с)пояса верхних конечностей, д)нижних конечностей

* Допишите предложения:

Назовите кости кисти человека и их количество…. 

По строению и форме кости подразделяются на … 

Инструктивная карточка.

Лабораторная работа №2.

Тема: «Изучение свойств декальцинированной и прокаленной кости».

Цель: Изучить химический состав костей, влияние органических и неорганических веществ на свойства кости. Установить зависимость свойств кости от состава.

Оборудование: прокаленные, декальцинированные и нормальные (мацерированные) кости, салфетки, кусочки мрамора.

Ход работы:

Ответьте на вопросы, изучив свойства костей.

Результаты наблюдений отметьте в таблице.

Вид кости

Свойства кости

Прокаленная

Декальцинированная

Нормальная.