Доклад на тему физика в игрушках

Обновлено: 17.05.2024

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ИВАНОВСКОГО РАЙОНА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА С. ЧЕРЕМХОВО»

к индивидуальному итоговому проекту в 9 классе

«Физика в игрушках»

ученик 9 класса

МОБУ СОШ с. Черемхово

учитель физики и математики

Маринина Светлана Геннадьевна

с. Черемхово, 2020 г.

Слайд 1 Здравствуйте, у важаемые члены комиссии! Я, Кухта Назар, представляю проект на тему «Физика в игрушках»

Слайд 2 С самого раннего детства начинается наше знакомство с физикой. Играя, мы не обращаем внимания на встречающиеся в устройстве и работе игрушек физические явления и законы. Внимательно посмотрев на игрушки, которые в большом количестве есть в каждом доме, в том числе и в моём, я нашел в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.

Поэтому я решил отразить мир физики через детские игрушки.

Актуальность данного исследования: Я считаю свою работу актуальной, так как она повышает интерес к изучению физики и доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук. Каждый человек должен иметь представление о физических явлениях и законах, с которыми непосредственно сталкивается в повседневной жизни с самого раннего детства.

Слайд 3 . Поэтому целью моей работы стало: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.

Исходя из этой цели, я поставил перед собой следующие задачи:

Вспомнить, какими игрушками сами играли в детстве.

Собрать игрушки, имеющиеся дома и у знакомых, постараться «увидеть» их физическую суть.

Классифицировать игрушки по принципу действия.

Показать игрушки не как забаву, а как физику.

Показать физику не как науку, а как забаву.

Исследовать, а знают ли ученики нашей школы (7,9-11 классы), какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

Изготовить игрушки, действие которых основано на законах физики.

Слайд 4 . Гипотеза моей работы состоит в том, что если игрушка интересна своей подвижностью, музыкальностью детям, то она интересна взрослым своей физической составляющей. Кубик пластмассовый цветной. Какая тут физика? Ребенок кинул этот же кубик в сторону – закон сохранения энергии, или толкнул его по полу – кинетическая энергия, сила трения и т.д. Вся наша жизнь состоит из физических законов и любое наше перемещение можно объяснить с помощью физики.

Слайд 5 . В своей работе я провел опрос учеников нашей школы. Среди опрошенных было 33 человека обучающиеся 7 и 9-11 классов. Им задавались вопросы, которые видите на слайде.

В ходе моей работы будут представлены результаты анкетирования.

Слайд 6 Почти все знакомые нам игрушки можно объединить в определённые группы на основе принципа их работы.

Основа принципа их работы

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления

Надувные “спасательные” круги, кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки - уточки, лягушки, водяные пистолеты

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

Равновесие тел. Если тело покоится, значит, оно находится в состоянии равновесия.

Устойчивое равновесие. Если пытаться вывести тело из состояния устойчивого равновесия, то обязательно возникает сила, возвращающая его в исходное равновесное состояние.

Кукла-неваляшка, бабочка-балансир, кукла, с закрывающимися глазами, клоун на проволоке

Причина устойчивости вращения связана с законом сохранения момента количества движения.

Юла, волчок, блейды

В основе принципа действия игрушек лежит движение по инерции лежит

Внутри этих игрушек - пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу.

В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

Машины, зверюшки, железная дорога,

заводная лодочка с гребцом

Причиной музыкальных звуков, является колеблющийся воздух внутри игрушки.

Погремушки, свирель, пищащие игрушки, говорящие куклы

Внутри этих игрушек батарейки - химические источники тока. Электрический ток оказывает различные действия: тепловое, магнитное, механическое.

Электрическая железная дорога,

электрические автомобили, роботы, детский телефон

В этих игрушках используется свойство магнитов притягивать к себе некоторые железосодержащие материалы.

Игра “Рыболов”, магнитные шашки и шахматы, нарды

Игрушки, действие которых основано на законах оптики

Принцип отражения света от зеркальной поверхности лежит в основе работы калейдоскопа.

Калейдоскоп, детские бинокли и подзорные трубы, детские фотоаппараты и камеры.

Слайд 9 Представлю вашему вниманию результаты анкетирования:

Н а первый вопрос «Какая игрушка тебе в детстве нравилась больше всего» ребята ответили, как показано на диаграмме: большинство назвали резиновый шарик (мячик) (13 человек)

Ответы на второй вопрос « Какой физический принцип действует в неваляшке? голоса распределились как показано на диаграмме – 85% устойчивое равновесие

Вопрос 3. Какой физический принцип действует на резиновый мячик, ели его опустить в воду? Также смотрим диаграмму: 67% назвали выталкивающую силу – это 22 человека.

Слайд 10 Удивил меня ответ на 4 вопрос: Если ты в детстве разбирал игрушку, то ты это делал для того, чтобы, большинство ребят ответили изучить её внутреннее строение-это 18.

Слайд 11 Смогут сами сделать игрушку 76% (25 человек), из них 15 сделали бы автомат. На вопрос «Нужны ли тебе для этого знания законов физики для того, чтобы сделать игрушку» положительно ответили 64%

Я тоже решил изготовить игрушки своими руками и записать основу принципа работы.

Слайд 12 Игрушка «Медуза»

А вот перед вами корабль. При каких условиях он будет плавать?

Если выталкивающая сила будет больше силы тяжести.

А вот ещё одна плавающая игрушка – это медуза.

Для изготовления медузы я использовал оборудование, представленное на слайде. Основа принципа игрушки: условия плавания тел.

Слайд 13 Игрушки на магнитном взаимодействии. Для изготовления этих игрушек мы использовали следующее оборудование, смотрим слайд.

Основа принципа игрушки: взаимодействие магнитных полюсов. Эти игрушки не взаимодействуют между собой, так как я взял не полюсные магниты.

Слайд 14 Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия: а) игрушка «Ванька-встанька»

Оборудование на слайде. Основа принципа игрушки: устойчивое равновесие

Слайд 15 Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия: б) игрушка «Стрекоза»

Оборудование на слайде. Основа принципа игрушки: устойчивое равновесие

Слайд 16 Игрушка «Волчок» Оборудование на слайде. Основа принципа игрушки: закон сохранения момента количества движения.

Слайд 17 Игрушка «Катушка-ползушка» . Оборудование на слайде.

Основа принципа игрушки: использование силы трения и силы упругости.

Слайд 18 В своей работе н а примере простых игрушек, которые есть в любом доме, где только живут дети, я показал, что физика – это не только наука о природе, а ещё и то, что её законы лежат в основе всех действующих тел, придуманных человеком для того, чтобы его жизнь была более удобной и интересной.

В результате была выделена классификация игрушек. Я показал игрушки не как забаву, а как физику и физику не как науку, а как забаву. Исследовал, а знают ли ученики нашей школы, какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

Результаты анкетирования показали, что большая часть опрошенных знают принципы работы детских игрушек, и большинство также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве.

Я изготовил лишь несколько игрушек, объяснив их принцип действия. Данную работу можно продолжить. Изучение принципа действия игрушек показало нам, что законы физики находят широкое применение. Сделанные игрушки можно использовать во внеклассной работе для демонстрации занимательных опытов, а так же на уроках физики.

Физика в игрушках

1 Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Тулуна «Средняя общеобразовательная школа № 1», МБОУ СОШ №1

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

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

Актуальность

Я считаю, что игрушки были сделаны для того, чтобы развивать детей физически и интеллектуально, ведь мы не раз замечали, наблюдая за игрой младших братьев и сестер, как они пытаются разобрать игрушки, чтобы узнать, что внутри их. Все они отличаются друг от друга по многим признакам. И мы не задумываемся о том, что в основе действия некоторых из них лежат законы и явления физики.

В своей работе я хочу не просто рассмотреть физику некоторых игрушек, но и самостоятельно их изготовить из экологически чистых материалов. И думаю, что моя работа будет повышать интерес к изучению физики у учащихся и будет доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук.

Цель работы:

Изготовить игрушки, действие которых основано на явлениях и законах физики.

1. Изучить литературу, в которой описывается история создания игрушек и их изготовление;

2. Изготовить игрушки и объяснить принцип их работы;

3.Провести опрос среди учеников нашей школы (7-11 классы), какой закон или явление лежат в основе действия той или иной детской игрушки.

Объект исследования: физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.

Гипотеза: если игрушка интересна детям, то она их развивает, а также будет интересна взрослым своей физической составляющей.

Методы исследования: наблюдение; эксперимент; сравнение; анализ.

1. Основная часть

1.1 История создания игрушек

Игрушки известны человечеству с глубокой древности, они были обнаружены археологами при раскопках остатков древних цивилизаций. Игрушки, найденные при раскопках Индской цивилизации (3000 -1500 до н. э.) включают маленькие повозки, свистки в виде птиц и игрушечных обезьянок, которые могут сползать по верёвке.

Самые древние игрушки сделаны из доступных природных материалов, камней, палок и глины. Тысячи лет назад египетские дети играли в куклы, у которых были парики и подвижные конечности, они были сделаны из камня, керамики и дерева. В Древней Греции и Древнем Риме дети играли с куклами, сделанными из воска и терракоты, луком и стрелами. В Греции, когда дети, особенно девочки, достигали совершеннолетия, было принято приносить игрушки детства в жертву богам. Накануне свадьбы девушки возраста около четырнадцати лет в качестве обряда посвящения во взрослую жизнь приносили свои игрушки в храм.

Технологический прогресс цивилизации повлиял и на детские игрушки. Сегодня игрушки изготовляются из пластмассы, появились игрушки с батарейками. Если раньше игрушки были самодельными, то сейчас существует целая индустрия игрушек с массовым производством и механизмами реализации.

По принципу работы игрушки делятся на следующие группы:

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления (кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки – уточки, водяные пистолеты).

Заводные игрушки (машины, зверюшки, железная дорога).

Инерционные игрушки (автомобили, самолеты).

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести (кукла-неваляшка, клоун на проволоке).

Звуковые игрушки (погремушки, пищащие игрушки, говорящие куклы).

Электрические и магнитные игрушки (электрическая железная дорога, электрические автомобили, роботы, детский телефон).

Игрушки, действие которых основано на законах оптики (калейдоскоп, детские бинокли и подзорные трубы, детские фотоаппараты и камеры).

2.Практическая часть

2.1. Игрушки, действие которых основано на магнитном взаимодействии

Для изготовления этих игрушек я использовала следующее оборудование :

один шарик от пинг-понга;

На картоне я нарисовала и вырезала фигурки кошки и собаки. Шарики от пинг-понга разрезала пополам.

Заполнила полученные половинки пластилином, вдавила в него магниты. Рис.1

У магнита имеется два полюса: северный и южный. При этом если приблизить магниты друг к другу одноименными полюсами, они будут отталкиваться, а если разноименными – притягиваться. На взаимодействии магнитных полюсов и основано действие этой игрушки.

Сверху на половинках шариков я укрепила фигурки, ориентируя их и учитывая полярность магнитов таким образом, чтобы собака и кошка поворачивались друг к другу. Рис.2

2.2. Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия

Равновесие тел. Если тело покоится, значит, оно находится в состоянии равновесия. Тогда геометрическая сумма сил, действующих на тело, равна нулю. Большинство тел покоится на опорах, в том числе и человек. Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела. Чем ниже располагается центр тяжести тела, тем оно устойчивее на опоре.

Устойчивое равновесие.

Если пытаться вывести тело из состояния устойчивого равновесия, то обязательно возникает сила, возвращающая его в исходное равновесное состояние. Например, шарик на дне чаши находится в единственном состоянии устойчивого равновесия. В этом положении линия, соединяющая точку опоры и центр тяжести тела, вертикальна. Рис.3

Игрушка "Ванька-встанька"

Действие этой игрушки основано на состоянии устойчивого равновесия. У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка ее опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее. Рис. 4

Для изготовления ванька-встаньки я использовала оборудование:

На конце яйца я проткнула небольшую дырочку и извлекла содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыла водой и в течение нескольких дней хорошо просушила. Через отверстие положила внутрь скорлупы 7 штук свинцовых дробинок и залила воском от свечи. После этого я обклеила игрушку цветной бумагой и раскрасила фломастерами. Рис. 5

Рис. 5. Этапы изготовления игрушки "Ванька-встанька"

Ванька-встаньку невозможно уложить. Какое бы положение ему не придать, он всегда будет стремиться принять состояние устойчивого равновесия.

2.3. Игрушки, действие которых основано на законах отражения

Калейдоскоп - это одна из старейших научных игрушек. Он в толковом словаре Даля назван «узорником». А далее описывается его устройство: «это трубка с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорочною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки».

Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол.

Изображение в плоском зеркале мнимое ("за зеркалом"), прямое (неперевернутое), в натуральную величину и расположено симметрично источнику относительно плоскости зеркала.

Для изготовления калейдоскопа я использовала оборудование:

втулка от бумажных полотенец

Сначала я приклеила к картону фольгу с помощью клея. Затем согнула картон равносторонним треугольником и поместила во втулку. Сверху я поместила прозрачный диск, который вырезала из пластиковой бутылки. Насыпала в игрушку (на прозрачный диск) бисер и прикрыла вторым пластиковым диском, затем склеила это скотчем. На другой конец трубы поместила черный картонный диск с отверстием. Затем я выполнила внешний декор поделки, обернув ее цветной бумагой. Рис.6

Рис.6 Этапы выполнения калейдоскопа

3. Анкетирование

Форма анкетирования - анонимная

Участники - 30 учащихся 7-11 классов

Цель – смогут ли учащиеся объяснить принцип действия детских игрушек, с физической точки зрения.

1. Какой физический закон или явление лежит в основе действия той или иной детской игрушки (кораблик, «Ванька-встанька», калейдоскоп, машинка, водные пистолеты)?

2. Кто из вас разбирал в детстве игрушки?

В ходе анонимного анкетирования было установлено, что дети с удовольствием играли в детстве с игрушками. Разбирали и не всегда собирали их. Правильно указали принципы работы игрушек: кораблик (условия плавания тел, Архимедова сила), «Ванька-встанька» (законы статики, у стойчивое равновесие тел), калейдоскоп (закон отражения света), машинка (инерция), водные пистолеты (давление жидкости и воздуха).

В ходе выполнения работы я изучила историю создания игрушек, смогла сама изготовить игрушки и объяснить устройство самих игрушек, опираясь на знания такого предмета, как физика.

Результаты анкетирования учащихся нашей школы меня порадовали. Большая часть опрошенных знают принципы работы детских игрушек и что большинство детей также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве, разбирая их.

Я считаю, что рассматривая мир простых и сложных игрушек, которые есть в любом доме, где только живут дети, можно посеять семена для будущих научных открытий и даже заложить основы будущей карьеры в науке.

Данную работу можно продолжить. Сделанные игрушки и теоретический материал можно использовать во внеклассной работе для демонстрации занимательных опытов, а так же на уроках физики.

В работе рассматривается физические законы и явления и принцип работы некоторых детских игрушек.

Вложение	Размер
rabota_samsonova_milana.docx	55.64 КБ

Предварительный просмотр:

Всероссийская школьная конференция

учебно-исследовательских и проектных работ

«Мир науки и творчества»

ТЕМА: ФИЗИКА В ИГРУШКАХ

учащегося 4 «Е» класса

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №55»

Васильева Елена Николаевна

«Первые шаги в науку» - физика

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы …………………………………………………

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести ……………………………………….

С самого рождения нас окружают игрушки, начиная с красочной звонкой погремушки. Позднее нам хочется общаться с другими игрушками. Наверное, каждый из нас задумывался хоть раз, как работает та или иная игрушка. Многие от любопытства даже разбирали их.

Актуальность данной темы состоит в том, что детство было у каждого и интерес к строению поющей, либо просто движущейся игрушки не уменьшается с возрастом. Когда ты сам еще маленький, ты не задумываешься над тем, почему все это работает: почему юла вращается, самолет летит, почему двигается робот… Я не раз замечал, наблюдая за игрой младшего брата, как он пытается разобрать игрушку, узнать, что внутри. Дети взрослеют, и меняются их взгляды на вещи. Их уже интересуют механизмы, находящиеся в игрушках.

Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.

Объект исследования - детские игрушки, которые помогают маленькому человеку познавать окружающий мир.

1. Классифицировать игрушки по принципу действия.

2. Объяснить принцип действия игрушек на основе законов физики.

3. Провести опыты, сделать выводы.

4. Провести исследование среди моих одноклассников.

5. Познакомить с принципом работы некоторых игрушек учащихся 4-х классов нашей школы.

Гипотеза: предположим, что в основе действия любой игрушки лежат физические законы.

Методы исследования: изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ.

Основная часть

Классификация игрушек

Игрушки во все исторические эпохи были связаны с игрой – ведущей деятельностью, в которой формируется типичный облик ребенка: ум, физические и нравственные качества. Игрушки помогали ребенку развиваться и учиться.

Почти все знакомые нам игрушки можно объединить в определённые группы на основе принципа их работы.

Погремушки, дудочки, бубен, барабан, пищащие игрушки, говорящие куклы

основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления

Надувные «спасательные» круги, кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки - уточки, лягушки и т.д., водяные пистолеты

основано на различном положении центра тяжести

Кукла-неваляшка, кукла, с закрывающимися глазами, клоун на проволоке

Машины, зверюшки, железная дорога, заводная лодочка с гребцом

Электрическая железная дорога,

электрические автомобили, роботы, детский телефон, игра “Рыболов”, магнитные шашки и шахматы

Игрушки, действие которых основано на законах оптики

Калейдоскоп, детские бинокли и подзорные трубы, детские фотоаппараты и камеры.

Я хочу рассказать об устройстве и действии некоторых из них.

1.2 Звуковые игрушки

Как большой сидит Андрюшка

На ковре перед крыльцом

У него в руках игрушка –

Погремушка с бубенцом.

Мальчик смотрит - что за чудо?

Мальчик очень удивлен,

Не поймет он: ну откуда

Раздается этот звон.

Самой первой игрушкой, которую ребенок берет в руки, является погремушка. Она относится к звуковым игрушкам. Что же такое звук? Звук – это колебания, которые распространяются в окружающей среде. Человек, воспринимает звуки, частота которых колеблется от 16 до 20 колебаний в секунду [4]. Внутри погремушки находятся шарики, бусинки, которые ударяясь о ее стенки, вызывают колебания. Эти колебания передаются окружающему воздуху и распространяются в нем. Звуки бывают разные: громкие и тихие, высокие и низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук.

Мы растем, и у нас появляются другие игрушки: бубны, различного рода свистульки, барабаны, свирели. Их принцип действия такой же, как и у погремушки.

Затем появляются «говорящие» куклы, но их устройство более сложное. Внутри игрушки находится кожаная коробочка с отверстиями. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.

1.3. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы

Когда ребенок начинает ползать или ходить, он знакомится с другой простейшей игрушкой – мячом. Каждый малыш знает стихотворение А.Л. Барто:

Наша Таня громко плачет:

Уронила в речку мячик.

- Тише, Танечка не плачь:

Не утонет в речке мяч.

Так почему же мяч не тонет?

Оказывается, на него действует со стороны воды выталкивающая или архимедова сила (она была открыта древнегреческим ученым Архимедом). Если сила тяжести тела больше выталкивающей силы, то тело тонет. Если выталкивающая сила равна силе тяжести, то тело плавает. Если выталкивающая сила больше силы тяжести тела, то тело всплывает [1].

Выталкивающая сила зависит от объема тела.

Опыт 1. Прикрепим груз к пружине, пружина растянется. Опустим пружину с грузом в жидкость, пружина начнет сжиматься. Это происходит потому, что на груз со стороны воды действует выталкивающая или архимедова сила. В результате вес груза в жидкости уменьшается. Если к динамометру подвесить груз меньшего объёма, то длина пружины уменьшится на меньшую величину.

Так же она зависит от плотности жидкости.

Опыт 2. Опустим в сосуд с водой яйцо – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль. По мере увеличения солёности воды яйцо всплывает. Таким образом, мы убедились, что выталкивающая сила зависит от объема тела и плотности жидкости.

На этом принципе основаны плавающие игрушки: кораблики, уточки, спасательные круги, жилеты, надувные матрасы.

К трем годам, у ребенка появляется интерес к различным механическим игрушкам. Самая простая из них – юла – древнейшая народная игрушка. Жжж-жи! Вот запустили волчок! Мы любуемся его кружением, удивляемся его устойчивости, и нам, конечно, хочется разгадать его тайну. Почему неподвижный волчок не может стоять на острие своей оси, а приведи его в быстрое движение – и, словно перед тобой совсем другой предмет, он стойко держится, вращаясь вокруг вертикальной оси? Мало того, волчок упорно сопротивляется попыткам вывести его из этого положения. Попытайтесь, толкнув его, вывести волчок из вертикального положения, опрокинуть, но волчок после толчка отскакивает в сторону и продолжает кружиться, описывая своей осью коническую поверхность.

В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством. (Гироскоп – от греческого «гирос» - круг, кольцо и «скопео» - смотреть.) [4]

1. 5. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

У каждого тела есть центр тяжести. Центром тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри него точка - такая, что если за неё мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет первоначальное положение. Стоящий предмет не опрокидывается только тогда, когда отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри основания предмета [1].

Опыт 3. Этажерка стоит, так как отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит через основание. Начнем наклонять этажерку, и пока отвесная линия будет проходить через основание, этажерка будет находиться в устойчивом положении. Как только отвесная линия выйдет за основание - этажерка упадет.

Часто для того, чтобы придать телу более устойчивое положение, центр тяжести смещают ближе к основанию.

Теперь рассмотрим, в каких положениях равновесия может находиться шар, центр тяжести которого находится в его центре.

Рассмотрим шар, лежащий на горизонтальной поверхности (рис.1).

Рис. 1. Шар в безразличном равновесии

На него действуют две силы – сила тяжести, направленная вниз и сила реакции опоры, направленная вверх. Эти силы равны по величине, направлены в противоположные стороны, уравновешивают друг друга. В этом случае, шар находится в состоянии безразличного равновесия [4].

Рассмотрим положение шара на вогнутой поверхности. Если шар находится в нижней точке, то на него также действуют две силы, и он находится в состоянии равновесия. Выведем шар из этого положения. На него опять действуют сила тяжести и сила реакции опоры, направленная под углом 90°. В результате возникает третья сила, возвращающая шар в положение равновесия. Такое положение называется устойчивым (рис. 2).

Рис. 2. Шарик в состоянии устойчивого равновесия

Если поместить тело на выпуклую поверхность и отклонить его на некоторый угол, на него также действует сила тяжести и сила реакции опоры,

но в результате сложения этих сил, возникает сила, уводящая тело от положения равновесия. Это равновесие называется неустойчивым (рис.3).

Рис. 3. Шарик, лежащий на выпуклой поверхности

Устройство и принцип работы неваляшки

Неваляшка появилась в России не так давно. Историки считают, что неваляшка пришла к нам из Японии. Эти завезённые в Россию куклы стали прообразом известной игрушки Ванька-встанька. Первые русские неваляшки, появившиеся на ярмарках в начале XIX века, назывались "кувырканами", они изображали купцов или клоунов. Такого Ваньку вытачивали на токарном станке из липы, в нижнюю часть вставляли свинцовый груз и раскрашивали яркими красками [3].

Неваляшка устроена так, что обладает положением устойчивого равновесия. Во-первых, центр тяжести ее смещен ближе к основанию, т.к. полый нижний шар заполняется чем-то тяжелым. Во-вторых, при выведении ее из положения равновесия, возникает сила, которая возвращает ее в устойчивое положение [4].

Я предложил своим одноклассникам ответить на вопросы анкеты (приложение). Было опрошено 27 человек. Результаты показаны на диаграммах.

Любимые детские игрушки

Если ты в детстве разбирал игрушки, то для чего ты это делал?

Из диаграммы видно, что самыми любимыми у моих одноклассников были плавающие игрушки. Большинство из опрошенных учеников разбирали в детстве игрушку, чтобы изучить ее внутреннее строение (11 чел.) или, чтобы понять принцип ее работы (11 чел.). Я не предполагал, что столько людей ещё в детстве интересовались этим. 3 человека злоупотребляли добротой своих родителей и ломали игрушки, чтобы получить новые в подарок. Некоторым ученикам (2 чел.) игрушки просто не нравились, и они не видели другого выхода, как сломать её.

В ходе проведенного исследования гипотеза подтвердилась. Нам удалось показать устройство игрушек, опираясь на физические законы и явления, практические опыты.

В практической части своей работы, проведя анкетирование одноклассников, мне удалось доказать, что дети с самого раннего детства проявляют любопытство и интерес к устройству и работе разных механизмов.

При выполнении этой исследовательской работы я узнал много нового, заинтересовался изучением физики и смог заинтересовать других ребят.

В дальнейшем, мне бы хотелось изучить принцип работы других детских игрушек и физические законы, лежащие в их основе, а так же принцип действия интерактивных игрушек, которые появляются в современном обществе.

Физика в компьютерных играх

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

О видеоиграх большинство из нас знают еще с самого детства: мы или наши родители играли в них на компьютерах, телефонах, различных приставках. Качество современных игр изменилось со временем. Во многом серьезного прогресса добились благодаря физике, перенесенной из реального мира в компьютер.

Разработчики при создании игры ищут баланс между веселой игрой и игрой с реалистичной физикой. Если персонаж прыгает, он обязан приземлиться, а не улететь в космос . С первого взгляда кажется, что физика нашего и игрового мира сильно отличается, выглядит нереалистичной и основана скорее на фантастике, чем на законах реального мира. Но это не совсем так, и как раз с помощью физических законов, которые ранее были доказаны научными исследованиями, мы сможем доказать реалистичность или не реалистичность многих физических явлений, которые представлены нам в компьютерных играх. Хитрости, упрощения и физические движки позволяют быстро создать довольно реалистичную физику, чтобы главное внимание уделить более важным аспектам игры. Например: Игры с артиллерией первыми стали учитывать гравитацию и сопротивление в своих механиках. Пользователи по очереди стреляли пушечными ядрами, стрелами и ракетами, чтобы уничтожить базу противника. Такие игры учитывали полу реалистичную баллистику, то есть — угол запуска, гравитацию, сопротивление ветра и изначальную скорость.

Актуальность

В настоящее время дети очень увлечены Игрой на компьютере. Тема физики в компьютерных играх актуальна, потому что игроки хотят, чтобы игра была максимально реалистичной. Знание законов физики поможет Игрокам в построении стратегий для прохождения уровней с большей легкостью. Для сохранения интереса к изучению физики, можно разработать задачи, с использованием видеофрагментов из игр. Это позволит более заинтересовать учащихся, дав им возможность посмотреть на компьютерную игру с другой стороны, увлечь, заинтересовать их в освоении науки физики. Необходимость успешного изучения школьных дисциплин физики и информатики , даст возможность выпускникам, которые хотят стать разработчиками игр в будущем воссоздать процессы в видеоиграх основанные на законах физики.

Цель:
Разработать задачи по темам раздела физики - Механика, для использования их на уроках, повышения мотивации учащихся при изучении тем.

Рассмотреть на некоторых примерах из компьютерных игр случаи, когда физические явления из реального мира проявляются в игре как элементы геймплея или графики, и с помощью законов физики доказать реалистичность или не реалистичность этих процессов.

Найти информацию о игровой физики.

Рассмотреть случаи физических явлений в играх.

Составить, основываясь на физических законах ,задачи, по темам используя компьютерные игры .

Доказать, если это возможно, с помощью физических законов реального мира.

Провести небольшой опрос и составить диаграммы о знании людей о физике в компьютерных играх.

Пояснительная записка.

Физика в играх призвана воспроизвести в игре физические законы и возникающие под их воздействием процессы, чтобы заставить игрока поверить в реальность происходящего на экране. Словосочетанием "игровая физика" родилось не в 1962 году, а в 1998 с выходом игры Jurassic Park: Trespasser.

Для моделирование игры: необходимосоздание модели для описания физического явления. Нужно набить руку, для того, чтобы достаточно быстро осознать какие факторы влияют на данный физический процесс. Из них нужно выделить те, которые являются основными, а какими можно и нужно пренебречь. Почему чем-то нужно пренебрегать? Дело в том, что все учесть невозможно и бессмысленно. Например, моделируя падение камня на землю с высоты одного метра, явно можно пренебречь изменением ускорения свободного падения с высотой, а также притяжением луны и другими факторами. Моделируя же приливы и отливы, притяжением луны пренебречь нельзя, так как оно является основным фактором. Кроме того, физика в игре должна подчеркивать какие-то особенности.

Игровая физика служит разным целям, но самые главные — интуитивность и веселье. Если объект ведет себя непредсказуемо, будет сложно понять правила моделирования физических явлений .

Мы провели опрос среди учащихся и вот какие результаты получены (приложение 1). В опросе участвовало 100 чел

Анализируя результаты опроса, мы убедились, что выбранная тема –актуальна.

Основная часть.

Законы, которые придумывают для элементов игры, делят на физику твердого и мягкого тела. Первая активно используется в 2D и 3D играх и относится практически ко всем моделям. Вторая максимально упрощается из-за сложности реализации, потому что демонстрирует результат воздействия внешних сил на объект, например, поведение плаща главного героя, который развевается на ветру.

У игровой физики много задач, но самая главная – это сделать игру интуитивно понятной и увлекательной

4.1 Angry Birds.

Angry Birds - серия компьютерных игр, разработанных финской компанией Rovio , в которых (в основной линии) игрок с помощью рогатки должен выстреливать птицами по зелёным свиньям, расставленным на различных конструкция. В этой игре игрок использует рогатку для запуска птицы в свиней, размещенных на поверхности или внутри различных структур, с намерением уничтожить всех свиней на игровом поле. Запуская птиц из рогатки, нужно уничтожить всех свиней на уровне. Они уничтожаются как прямым попаданием, так и при помощи блоков разрушаемых строений и падения с большой высоты. В феврале 2012 года компания Rovio объявила о выпуске Angry Birds Space — новой игры в серии. Тематика игры связана с космосом; в частности, в конструкциях присутствуют планеты, гравитационное притяжение каждой по-своему влияет на траекторию птиц после запуска. ерсонажи игры официально или иначе использовались в аттракционах парка развлечений.

В сентябре 2011 года в тематическом парке «Window of the World» в Чанше, Китай, открылся нелицензионный аттракцион Angry Birds. Посетители парка должны использовать большую рогатку, чтобы запускать чучела персонажей птиц в зеленые воздушные шары, которые представляют свиней

В июне 2013 года Rovio и НАСА открыли тематический парк Angry Birds Space в Космическом центре Кеннеди под названием «Angry Birds Space Encounter» В нем представлены различные возможности видеоигры Angry Birds Space, такие как создание персонажей и стрельба по свиньям. Аттракцион был открыт также в Космическом центре Хьюстона.

Использую игры можно предложить на уроке в теме «Решение задач на применение законов Ньютона» решить задачу.

Ведро висит на верёвке привязанной к гвоздю, вбитому в стенку, и угол между верёвкой и стенкой 15 градусов. Определите силу натяжения верёвки и силу, с которой ведро действует на стенку, если масса ведра 12кг. Массой верёвки и трением между ведром и стенкой пренебречь.

На ведро действует сила тяжести mg , сила реакции стенки , сила натяжения верёвки .

Условие равновесия для ведра

Спроектируем это уравнения на оси координат

На ось OX : N - Tsin α =0

На ось OY : Tcos α- mg =0

N-Tsin α =0 => N= sin α

T = = 123,7Н

N =123,7Н×0,26= 32,2Н

Ответ: Т=123,7Н, N =32,2Н

Тема «Решение задач по теме «Законы сохранения механической энергии».

Несколько камней скатываются с наклонной плоскости из состояния покоя.

Последний Камень движется по деревянной поверхности. Высота наклонной плоскости H =1,2м и длина l =4м.Определите скорость камня в конце наклонной плоскости, если коэффициент трения μ=0,2. На каком расстоянии от основания обрыва упадёт камень, если высота обрыва h =3м? g =10м/с². При рассмотрении движения последнего камня, принять условие, что остальные камни не мешают его движению

На высоте Н камень обладал потенциальной энергией Еп?= mgH ( Ek ?=0)

Эта энергия превращается в кинетическую энергию Ek ?= , Еп?=0 и часть энергии идет на совершение работы по преодолению силы трения

cos α= , так как треугольник ABC прямоугольный

mgH = +μ mgLcos α

= mg ( H - μ mgLcos α)

Дальность полёта камня:

хк-х?= l = Vcos α t

t ?= =-0,868 – не удовлетворяет условию

l = Vcos α t =2,97×0,95×0,69=1,9м

Ответ: v =2,97м/с; l =1,9м.

4.2 Mirror ’ s Edge

Что такое паркур в реальной жизни? Парку?р (от фр. parcours) — искусство рационального перемещения и преодоления препятствий с использованием прыжковых элементов, как правило, в городских условиях. Что такое паркур в Mirror’s Edge? Ну, тоже самое. Насколько же он достоверен?

Балансировка и подтягивания выглядят правдоподобно, использую фрагмент игры можно предложить на уроке в теме «Равновесие сил» решить задачу.

Балка массой 100кг и длиной 5м лежит на двух опорах. Определите силы давления на каждую из опор, когда человек массой 60 кг находится на расстоянии 3м от одного из концов.

Дано :

По условию равновесия тел векторная сумма сил действующих на тело равны нулю.

В проекции на ось OY

N ?+ N ? - m ? g – m ? g = 0

Запишем правило моментов сил относительно точкиО

m ? g + m ? gl ? - N ? l ? = 0

N ? l ? = m ? g + m ? gl ?

N ? = m ? g + m ? g - N ?

N ? = g ( m ?+ m ?) - N ?

N ? = + 500Н + 360Н = 860Н

N ?= 10м/с²(100кг + 60кг) – 860Н= 1600Н-860Н=740Н

Ответ : N?=740 Н N? = 860 Н.

До какой скорости нужно разбежаться человеку чтобы перепрыгнуть с одного здания на другое, если расстояние между ними 2м, а второе здание ниже на 2,5м чем здание на котором находится человек.

h ?- h ?= V ? y t - ; V ? y =0 , так как V ?

Ответ: скорость человека должна быть больше чем 2,86м/с

4.3 World Of Tanks

Wargaming . net продолжала работу над World Of Tanks . В апреле 2009 года был выпущен официальный анонс игры, а уже в сентябре этого же года началось альфа-тестирование, для которого имелось всего пять моделей танков и одна неполная карта.

Интерес к игре обусловлен

краткосрочность игрового действия . В большинстве многопользовательских игр на игровой процесс нужно «убивать» очень много времени. В World Of Tanks же бои скоротечны. Просто идеальный вариант для серьёзных мужчин, отягощенных работой и семейными обязанностями

реалистичность . Игра великолепна. Гул моторов, стрельба, отлично прорисованные пейзажи — всё это завораживает. Если в фэнтезийных мирах около 90% игровых действий полностью придуманы, то в World Of Tanks всё реально;

бизнес-модель . На первое место выходит мастерство и военная хитрость. Да и игра без подписки — это тоже достаточно серьёзный козырь, благодаря которому World Of Tanks постоянно пополняется новыми адептами.
Игре World of Tanks пять лет . Всего пять. За это время в ней зарегистрировалась сотня миллионов человек из России, Китая, США, Австралии и других стран. Это в два раза больше населения Италии и в десять – Белоруссии. Можно сказать, что многопользовательская онлайн-игра – немного стрелялка, немного стратегия – сложилась из трех основных компонентов: детского увлечения моделированием, онлайн-симулятора про Вторую мировую Navy Field и огромных букв «Подвиг народа бессмертен» на площади Победы в Минске. Компания Wargaming, создавшая World of Tanks, уже зарабатывает сотни миллионов долларов на танках и вкладывает десятки миллионов в киберспорт.

Разработчики очертили временные рамки: в игре должны появляться машины, выпущенные с 1930 по 1950 год. На первом уровне игрок получает самый простой легкий танк в древе СССР – это МС-1.«Танки» – не банальный шутинг, в игре есть место тактике и стратегии, важно создать сплоченную команду и действовать заодно.Чтобы соблюсти исторические факты и сделать игру по законам физики и баллистики, разработчики привлекли экспертов.

Проверим выполняются ли законы физики на задачах взятых из игры.

На тему «Движение под действием силы тяжести в случае, когда начальная скорость направлена под углом у горизонту»

Из танка Т-34-85 делают выстрел в горизонтальном направлении ВЫСОТА ПУШКИ ОТ ЗЕМЛИ 2,5м скорость вылета снаряда 800м/с. Определите дальность полета снаряда. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Целью данного проекта являлось показать, что игрушки являются не просто забавой, а устройствами, в которых используются законы физики.

Автором проанализировано достаточное количество теоретических сведений по изучаемой проблеме: дана характеристика каждого из рассматриваемых типов игрушек, указаны физические законы, на основе которых они действуют, а также в ходе выполнении проекта были созданы игрушки своими руками.

Новизна проекта состоит в том, что игрушки «своими руками» были созданы не только из подручных материалов, но с применением новейших технологий: с помощью робототехнического конструктора LEGO и солнечных батарей. Автор успешно применил данное оборудование в своей работе.

В заключении автор делает собственные выводы по исследуемой проблеме и демонстрирует итог проделанной работы: куклу-неваляшку из подручных материалов создана на основе законов статики, фонтан на основе закона сообщающихся сосудов, машинку на основе законов электродинамики.

Эта работа актуальна, так как, разбираясь в принципах работы игрушек, можно лучше понять и одну из самых серьезных наук — физику, которая коренным образом изменила быт человека за последние несколько десятков лет. Принцип действия любой игрушки можно объяснить с помощью физических законов.

Вложение	Размер
Проект "Физика в игрушках"	29.94 КБ

Предварительный просмотр:

Отдел образования Администрации Фроловского муниципального района

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Зеленовская средняя школа»

ПРОЕКТ

на тему: «Физика в игрушках»

ученика 9 «б» класса

Илясова Никиты Григорьевича

Руководитель проекта: учитель физики

Тарадеева Татьяна Анатольевна

Пос. Пригородный

Актуальность этой темы в том, что детство было у каждого и интерес к строению поющей, либо просто движущейся игрушки не уменьшается с возрастом. Когда ты сам еще маленький, ты не задумываешься над тем, почему все это работает: почему машина едет, самолет летит, почему двигается робот. Мы не раз замечали, наблюдая за игрой младших братьев и сестер, как они пытаются разобрать игрушки, узнать, что в середине. Дети взрослеют, и меняются их взгляды на вещи. Их уже интересуют механизмы, находящиеся внутри.

Обоснование: Мне захотелось сделать игрушку своими руками, опираясь на законы физики. Моя работа объединяет развлекательную тему – игрушки, и увлекательную – физика.

1.Показать игрушки не как забаву, а как физику (показать, что игрушки являются не просто забавой, устройствами, в которых используются законы физики) законов.

Задача :
1.Собрать игрушки, имеющиеся дома и у знакомых, в детском саду, постараться «увидеть» их физическую суть.
2. Классифицировать игрушки по принципу действия .
3. Сделать игрушку своими руками

Игрушка — это первое, что берет в руки маленький человек, стремясь постичь окружающий его мир. Поэтому она должна быть увлекательной и несложной. С другой стороны, чтобы удивить, нужно быть привлекательнее и интереснее всего окружающего, привычного. «Соединить» эти два противоречивых начала в одном предмете под силу только серьезному человеку, для которого игрушка — уже не игрушка, а объект достаточно серьезных исследований.

Разбираясь в принципах работы игрушек, можно лучше понять и одну из самых серьезных наук — физику, которая коренным образом изменила быт человека за последние несколько десятков лет. Любое действие игрушки можно объяснить с помощью физических законов.

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления, сообщающихся сосудов.

Надувные “спасательные” круги, кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки - уточки, лягушки и т.д., водяные пистолеты

2.Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

Кукла-неваляшка, бабочка-балансир, кукла, с закрывающимися глазами, клоун на проволоке

5. Игрушки на батарейках.

Роботы, железная дорога

Это юла или волчок – древнейшая народная игрушка. Такие волчки приводят в движение рукояткой, снабжённой ходовым винтом. Попытки повалить быстро вращающийся волчок не удаются. Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси, остановить, и она будет двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем такая же игрушка без маховика. В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения. Попробуем установить волчок вертикально. Это нам не удаётся. Заставим волчок быстро вращаться, и он сразу становится устойчивым. Заметим, что волчок при этом описывает своей осью коническую поверхность. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством.

Про тело, которое при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно и имеет большую массу. А про тело, которое при этом быстрее изменяет свою скорость, говорят, что оно менее инертно и имеет меньшую массу. Движение по инерции лежит в основе принципа действия игрушек - автомобилей, мотоциклов: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки передают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили. Именно благодаря тяжелому маховику такую игрушку трудно.

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести.

Для этого нам понадобится : Яйцо, несколько тяжелых мелких предметов (гаек, винтиков, металлических шариков), свеча.1. В остром конце яйца делаем небольшое отверстие и через нее выливаем содержимое. Яйцо моем. 2. Держим яйцо в вертикальном положении и насыпаем в отверстие утяжелитель3. Чтобы утяжелитель не пересыпался в другое положение, закрепляем его парафином. Для этого капаем расплавленный парафин через отверстие в скорлупе о тех пор, пока он не покроет весь утяжелитель.4. После того, как парафин застынет, игрушку можно ставить в любое положение - она всегда будет возвращаться назад.5. Теперь яйцо можно украсить - закрыть отверстие наверху шляпкой, которую можно приклеить к яйцу на клей ПВА, и нарисовать лицо.

Игрушки, действие которых основано на законе сообщающихся сосудов.

Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов известного нам из физики: В сообщающихся сосудах любой фирмы сечения поверхности однородной жидкости устанавливают на одном уровне. Воду собирают в ёмкость расположенную выше бассейна фонтана. Соответственно чем больше разница этих высот, тем сильнее давление и выше бьёт струю фонтана.

Машинка на солнечной батарее:

Принцип работы игрушек на солнечных батареях достаточно прост: при попадании на солнечную батарею солнца или яркого света, в игрушках на солнечных батареях начинает работать вибромоторчик или двигатель, заставляющий их двигаться. Игрушкам на солнечных батареях не нужны пальчиковые батарейки, они работают от солнечной энергии или от яркого света.

Я собрал автомобиль из LEGO-конструктора. Направляем свет от настольной лампы, запускается электромотор и мини - машина начинает двигаться.
Если игрушка на солнечной батарее окажется в тени, двигатель останавливается, и мини - машина прекращает свой движение.
Создаётся впечатление, что игрушка на солнечной батарее мини машина, все время пытается припарковаться в тени - спрятаться от солнца.

В своей работе я поставил себе некоторые цели, а именно: показать игрушки не как забаву, а как физику. Показать физику не как науку, а как забаву. Объяснить принцип действия игрушек на основе законов физики. По-моему мнению, мне удалось найти ответы на поставленные задачи. Я смог показать устройство самих игрушек, опираясь на знания такого предмета, как физика. И параллельно этому, мы знакомились с новыми физическими законами, как с интересной забавой. В ходе своей работы я узнал, что в основе устройства неваляшки лежит принцип устойчивого равновесия тел.

2)Физика для школьников-научно-практический журнал

3)Е. Н. Соколова «Юному физику» – движение по инерции

4)И. Я. Ланина «Внеклассная работа по физике» - деление игрушек по группам.

Читайте также: