Проект игрушки на основе гироскопического эффекта

Обновлено: 04.05.2024

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.

Управление образования Исполнительного комитета

Нижнекамского муниципального района Республики Татарстан

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 29»

Исследовательский проект

Тема: «Игрушка йо-йо»

Никифоров Дмитрий,

Валеев Кирилл,

МБОУ СОШ №29, 3 класс, город Нижнекамск

Валева С.С., учитель начальных классов

1.3. Основные современные стили игры с йо-йо………………………………….6

2.1. Изготовление игрушки йо-йо…………………………..………………….….7

2.2. Результаты анкетирования……………………………………………………7

Сейчас очень популярна игрушка йо-йо. Мы с моим другом Кириллом решили узнать история её появления и попробовать сами изготовить йо-йо. Думаем, что эта тема актуальна, потому что игрушка йо-йо является сейчас хитом среди подростков и детей.

Цель нашего проекта – изготовить игрушку йо-йо.

Для достижения поставленной цели мы решили выполнить несколько задач:

1) изучить литературу по теме исследования;

2) попробовать самим изготовить игрушку из разных материалов;

3) провести анкетирование;

4) поделиться с полученными знаниями с одноклассниками и продемонстрировать трюки с йо-йо;

5) провести среди одноклассников соревнование по йо-йо.

Объект работы : история игрушки йо-йо.

Предмет работы – изготовление игрушку йо-йо.

Гипотеза : можно самим изготовить, такую популярную игрушку, как йо-йо.

Практическая ценность: наша работа будет интересна детям, особенно мальчикам, так как игрушка йо-йо сейчас очень популярна среди подростков.

Основная часть

Прежде, чем изготовить игрушку йо-йо, мы решили как можно больше собрать о ней информации.

1. Теоретическая часть.

1.1. История происхождения Йо-йо .

Йо-йо – далеко не современное изобретение. Быть может, это самая старая игрушка в мире после куклы. Первые упоминания о нем сохранились на древнегреческих вазах. На них изображен мальчик с игрушкой (см. приложение 1). Тогда для их изготовления использовались три материала: дерево, металл и глина.

Известно также, что охотники с Филиппин использовали для охоты похожие вещи. Они брали отшлифованный камень на длинном кожаном ремне (до 6 метров в длину) и кидали его в диких животных. Если охотник не попадал, он дергал за веревочку и возвращал камень назад. Ею развлекались Наполеон и Дюк Веллингтон, не говоря уже о многих тысячах их менее знаменитых современников.

Нынешняя история игрушки идет от молодого человека с Филиппин по имени Педро Флорес. В 20-х он приехал в США и работал мальчиком на побегушках в отеле. Вырезание и игра с деревянными йо-йо была обычным делом на Филиппинах, но Педро обнаружил, что игрушка в его руках собирает толпы. Ее назвали йо-йо ("иди сюда - иди сюда").

Он и придумал завязывать веревку на оси игрушки петелькой. Это сразу же позволило увеличить количество трюков, которые можно вытворять. Позже Педро привез игрушку в Америку, открыл завод по ее изготовлению и начал активно продвигать.

В 1928 году бизнесмен Дональд Ф. Дункан первый раз столкнулся с чертиком во время пребывания в Сан-Франциско. Он увидел Педро, выполняющего различные трюки с Йо-йо, и большую толпу поклонников, собравшихся вокруг него. Дункан предсказал большой успех этой игрушке и купил не только патент на нее, но и компанию Флореса. Дональд Дункан был превосходным бизнесменом. Он развивал рекламу и устраивал демонстрации, как в США, так и в Восточной Европе. "Профессионалы Дункана" организовывали мастер - классы и проводили соревнования, что помогало увеличить продажи.

Дональд Дункан остался самым известным человеком, внесшим огромный вклад в развитие йo-йo. В честь его дня рождения, 6 июня стал Национальным Днем Йо-Йо.

Йо-йо побывало в космосе 12 апреля 1985 года – это произошло в рамках проекта «Игрушки в космосе», целью которого было изучить эффект гравитации на различных предметах. Йо-йо медленно раскручивалось, двигаясь по веревке. В условиях невесомости оно не могло закрутиться обратно.

Второе путешествие йo-йo в космос произошло 31 июля 1992 года на шаттле Атлантида, где было заснято его медленное вращение в условиях невесомости.

1.2. Строение игрушки.

Основа йо-йо – два одинаковых по размеру и весу диска из самых различных материалов. Для профессионалов их делают из алюминиевых сплавов, стали или титана. Иногда используют особый пластик – дерлин. В таких игрушках весь вес концентрируется на ободах, что позволяет им дольше крутиться.

Для любителей йо-йо делают пластиковыми.

Есть и композитные пластиковые йо-йо с металлическими ободами. Они расчитаны на тех, кто играет уже давно, но еще не является профессионалом.

Используют и традиционное дерево. Иногда вовнутрь встраивают лампочки или светодиоды, которые светятся во время кручения игрушки.

Однако конструкция современного йo-йo достаточно усложнилась – в нем появился шарикоподшипник, увеличивающий время вращения корпуса йo-йo на конце веревки (время слипа), что позволило делать разнообразные трюки, открывая перед игроками бескрайние просторы для совершенствования своего умения. Модели современных йo-йo отличаются по материалам из которых изготовлен корпус, весу, размеру и форме корпуса, а также типам оси и тормозной системы. Веревки используемые для йo-йo также различаются по материалам из которых они изготовлены, способу сплетения отдельных нитей и длине.

1.3. Основные современные стили игры с йо-йо.

Йо-йо основана на механической инерционности вращения катушек и их взаимодействия с верёвкой и между собой. При броске йо-йо, размотав целиком верёвку, начинает свой возврат по ней в руку играющего. Поскольку йо-йо быстро вращается у игрока появляется возможность выполнять ряд трюков. В начале XXI века верёвку перестали привязывать к оси, а стали просто делать петлю, благодаря чему стало возможно отправлять йо-йо в состояние «слипа» ( англ. to sleep — спать), при котором игрушка некоторое время вращается на конце целиком размотанной верёвки . Благодаря этому стали возможны стили игры с активным взаимодействием йо-йо с верёвкой.

Стринг – самый популярный на сегодняшний день стиль игры с йо-йо, основа этого стиля заключена в том, что во время игры йо-йо вращается на конце веревки значительное время, за которое играющий может успеть сделать множество красивых трюков

Лупинг – не менее красивый и завораживающий стиль игры, чем стринг, принцип игры в этом стиле основан на том, что йо-йо не вращается на конце веревки. После того как вы бросаете йо-йо оно раскрутившись должно начать закручиваться обратно, но в момент, перед тем как йо-йо стоило бы поймать руку, круговым движением йо-йо снова выбрасывается перед собой, таким образом, йо-йо постоянно движется по орбите.

Вывод: Первое определение йо-йо – это древняя игрушка из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скрепленных осью с привязанной к ней веревкой. Новое определение йо-йо может быть таким: йо-йо – это игрушка, состоящая из двух одинаковых по размеру и весу дисков из дерева, пластика, металла или их сочетаний, скрепленных между собой осью с подшипником, на который веревка надевается петелькой. Нельзя точно сказать было ли йo-йo придумано в Китае, Греции или на Филиппинах. Так же нет доказательств тому, что игрушка распространялась из страны в страну, а не появлялась сама по себе. Единственное, в чем мы уверены - это то, что йo-йo – одна из самых древних игрушек на земле была и остается популярной во всем мире!

2. Практическая часть.

2.1. Изготовление игрушки йо-йо.

Изготовить йо-йо оказалось не так и сложно.

Для изготовления любой модели нужны два диска, веревка и подшипник.

В качестве диска мы взяли железные крышки, горлышки от пластмассовых бутылок и даже из яблока. Самодельные игрушки получились не хуже магазинных и совершенно бесплатно (см. Приложение 2).

2.2. Анкетирование.

Для того чтобы узнать, насколько эта тема известна и понятна нашим одноклассникам, мы провели анкетирование (см. Приложение 3).

Было опрошено 25 человек (14 мальчиков и 11 девочек) – все ученики 3 класса. Из анкетирования мы выяснили, что йо-йо имеют 21 человек (13 мальчиков и 8 девочек) и многие по несколько штук.

Все дети любят играть с йо-йо, многие дети думают, что это современная игрушка.

2.3. Соревнование по йо-йо.

Прежде чем провести соревнования, мы решили поделиться полученными знаниями с одноклассниками и продемонстрировать трюки с йо-йо. В соревнованиях захотело участвовать 10 мальчиков и 6 девочек. На протяжении двух недель мы обучали их трюкам, в это время у нас в классе на перемене стало значительно тише и спокойнее. Даже те мальчики, которые не участвовали в соревновании, постоянно играли с йо-йо (см. приложение 4).

Лучший среди мальчиков стал – Дедашев Даниил и Хижкин Саша, а среди девочек – Смирнова Полина и Юнусова Лейсан.

Вывод : Игрушку йо-йо можно изготовить дома, без каких-либо финансовых затрат. Дети любят играть с йо-йо, многие имеют несколько штук, но никто не путался изготовить её сам. Йо-йо – полезная и увлекательная игрушка, она развивает ловкость рук и координацию движений.

Йо-Йо – игрушка для всех возрастов, основанная на весьма интересном физическом явлении - гироскопическом эффекте, позволяющая пронаблюдать работу этого закона собственными глазами. Как и любая игрушка она во многом поможет прививать любовь к точным наукам у детей , демонстрируя работу и взаимосвязь физических явлений на примере любимой безделушки.

Вложение	Размер
.Йо-Йо – игрушка для всех возрастов, основанная на весьма интересном физическом явлении - гироскопическом эффекте, позволяющая п	1.64 МБ
prezentatsiya._igrushki_na_osnove_giroskopicheskogo_effekta.pptx	2.53 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Игрушки на основе гироскопического эффекта . Кадинцев Игорь МАОУ лицей №11 им.В.В.Рассохина , ученик 10 «Б» класса. Научный руководитель: Мкртычян Елена Георгиевна, учитель физики

Цель работы : изучить принцип работы гироскопического эффекта на примере использования Йо-Йо.

Задачи: изучить литературу по исследуемой теме; с помощью найденной информации выявить и объяснить принцип работы гироскопического эффекта; продемонстрировать явление гироскопического эффекта на примере самодельной игрушки;

Гироскоп и гироскопический эффект. Гироскопический эффект - это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве. Гироско́п — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено( п ростейший пример гироскопа — юла).

«Гироскоп» моими руками . Простейшим гироскопом может стать не только юла , но и Йо-Йо, демонстрирующая работу прибора в вертикальной плоскости. В современном мире существует огромное количество всевозможных вариаций этой игрушки , от стеклянных , до угле-пластиковых , однако для сборки простейших из них нам всего на всего понадобятся катушки из-под ниток и отработавшие своё части других игрушек детства.

Гироскопы в современной культуре .

Заключение: В заключении хотелось бы сказать об актуальности проводимой работы. Порой совсем не задумываешься о том, как работают привычные вещи вокруг тебя, как были открыты подобные способы использования предметов и можно ли приумножить и улучшить эти механизмы. Заинтересовавшись этим, я провожу это работу для того , что бы познакомить людей с интересным физическим явлением , повсеместно использующимся в нашей жизни их особенностями; и показать, что даже казалось бы ненужная безделушка может приоткрыть тайны физических явлений.

Наиболее оптимальными формами оценки учебных действий наряду с письменными измерительными материалами, практическими работами с использованием компьютера, становится выполнение групповых и индивидуальных учебных исследований и проектов.

Вложение	Размер
Игрушки на основе гироскопического эффекта	484.02 КБ
Учебный проект и его место в современных образовательных моделях	325.37 КБ

Предварительный просмотр:

Что такое гироскопический эффект?
Гироскопический эффект - (от греч. gyros — круг и skopeo — смотрю, рассматриваю, наблюдаю) — сохранение направления оси вращения свободно и быстро вращающихся (твердых) тел, сопровождаемое при определенных условиях, как прецессией (движением оси по круговой конической поверхности), так и нутацией (колебательными движениями (дрожанием) оси вращения. Говоря доступным для большинства языком, этот физический эффект это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве в плоскости своего вращения .
Гироскоп и его примеры.
Гироскопический эффект неразрывно связан с прибором -гироскопом (устройством, способным реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено).Для лучшего понимания его работы рассмотрим принцип работы данного прибора на примере вещей , которые есть у каждого человека – игрушек. В детстве у всех была юла? Если её раскрутить стоя, то затем она не будет падать в сторону. Это и есть гироскопический эффект и наглядная работа гироскопа. Кстати именно этот прибор установлен в кабине самолёта. Он позволяет пилоту определять угол наклона относительно горизонта. Ещё одним примером этого эффекта может являться поездка на велосипеде. Колесо — вращающееся тело, диск, который так же желает удержать Вас и велосипед, на котором Вы сидите, в вертикальном положении. Именно поэтому Вы не падаете, когда едете, никак не за счет своего отличного равновесия.
Гироскоп – игрушка. История создания Йо-Йо .
Йо-йо — игрушка, состоящая из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скреплённых между собой осью, на которую верёвка надевается петелькой. Работает по принципу гироскопа. Впервые это знакомая всем безделушка упоминается в 16 столетии. Филиппинские охотники использовали похожие предметы для ловли добычи. Это был отшлифованный камушек на длинном кожаном ремешке. Охотник запускал его так, что оружие обвивало шею животного и арканило его.
Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года. Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов. Это время примечательно тем , что тогда игрушка была показателем достатка и как правило появлялась в руках французских аристократов.
Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого игрушка находится на конце нити, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры и разнообразить её.
Принцип работы Йо-Йо.
Йо-йо основана на механической инерционности вращения катушек и их взаимодействия с верёвкой и между собой.

При броске йо-йо, размотав до конца верёвку, начинает свой возврат по ней в руку играющего. Поскольку йо-йо быстро вращается, возникает гироскопическая стабилизация её оси вращения, которая даёт возможность игроку выполнять ряд трюков. Под действием силы тяжести диски опускаются вниз, при этом намотанная на ось между дисками верёвка вызывает раскручивание йо-йо, достигнув нижней точки и размотав верёвку диски по инерции продолжают вращаться, и верёвка наматывается на ось в обратном направлении, тем самым йо-йо поднимается по ней вверх. В начале XX века верёвку перестали привязывать к оси, а стали просто делать петлю, благодаря чему стало возможно отправлять йо-йо в состояние «слипа» при котором игрушка некоторое время вращается на конце размотанной верёвки.

Благодаря этому стали возможны стили игры с активным взаимодействием йо-йо с верёвкой.

Материалы для любимой игрушки.
Раньше йо-йо делались из цельного куска дерева (сейчас их делают для истинных коллекционеров) или из глины. В настоящее время йо-йо изготавливают из пластика или различных металлов, алюминиевых сплавов. Также существуют композитные йо-йо (пластиковые йо-йо с металлическими ободами). Последние стоят между пластиковыми (для начинающих) и high-end (для профессионалов).

Современные йо-йо имеют подшипник для увеличения времени «слипа», а также разнообразные формы половинок, системы тормозов и способов производства самих верёвок. Стоит отметить, что не все высококлассные йо-йо являются металлическими. Они так же производятся из особого пластика — целкона. В таких йо-йо вес, как и в металлических, распределён по ободам, что даёт больший «слип» и стабильность при выполнении сложных игровых связок. Существует вариант йо-йо со встроенными лампочками (светодиодами) и вставляющимися батарейками. Боковые съёмные крышки сделаны из разноцветного прозрачного пластика, основа также прозрачная. Когда игрушка разматывается, под действием центростремительной силы замыкается пружинный контакт и загораются две лампочки или светодиода. При возвращении игрушки в исходную позицию контакт размыкается.

Йо –Йо из деревянной катушки .
Как сделать игрушку йо-йо своими руками в домашних условиях? На самом деле, ответ довольно прост, а процесс создания игрушки ещё и весьма увлекателен. И так самый простой вариант изготовления ЙО-ЙО. Собирается она буквально за 5-10 минут, а служит весьма достойно и долго. Для сборки нам понадобится следующее:

1)деревянная катушка от ниток

2)гвоздь; (Вместо гвоздя можно взять любой другой металлический стержень);

3)веревка (примерно 1 метр)
Удаляем среднюю часть деревянной катушки, где ранее располагались нитки. Помещаем стержень во внутреннюю часть будущей игрушки (другой вариант – просто склеить боковые грани. Так же, если расстояние между гранями катушки не велико, то её середину можно и вовсе не удалять, а сразу крепить на нее верёвку). Осталось только привязать к йо-йо веревку. Фиксируем нить между гранями игрушки с помощью заранее сделанной петли, и я хочу вас поздравить, ваше Йо-Йо готово к использованию.
Йо-Йо из ненужных запчастей и деталей других игрушек.

Если вы не любите выбрасывать уже полюбившиеся вам вещи после того, как они пришли в негодность и стремитесь наделить их «второй жизнью», то это способ создания Йо-Йо идеально вам подойдёт. Все что нам потребуется это две детали (в моём случаи два колеса от сломанной модели машины) которые мы сможем соединить в одно целое, намотав на них нить. И так приступим. Для изготовления игрушки нам понадобится :
Нить 1-1,5 метра ;
Две детали круглой формы , которые будут использоваться в качестве граней Йо-Йо(это могут быть колёса , шестерёнки , пришедшие в негодность и т.д.)
Первое , что нам потребуется сделать , это вкрутить небольшой болт в одну из граней . Затем на первую и вторую грань необходимо надеть колпачки, имеющие небольшие выступы. (Эти выступы вставляются в отверстия на гранях колеса. Если в ваших деталях подобная возможность не представится, то болтики можно прикрыть с помощью крышек, приклеенных к граням будущей игрушки). Следующий наш шаг , это фиксация нити по тому же принципу , что и в прошлой нашей поделке.
Завершающим шагом мы соединяем грани воедино с помощью отвёртки и ваше импровизированное Йо-Йо готово.

4.1. История применения и входа в обиход человека.

Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года (модификация филиппинца Педро Флореса), также называемая «Old-School» (Старая школа). Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов.

Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого йо-йо «спит» на конце верёвки, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры.

Стиль игры с данными йо-йо называется, соответственно,

«New School» (Новая школа).

Современные йо-йо оснащены подшипником и силиконовыми тормозами на внутренней стороне половинок йо-йо. Также увеличено расстояние между половинками игрушки.

4.2. Стили игры с гироскопической игрушкой.

В современных реалиях существует немало разновидностей и способов развлечь себя и окружающих с помощью Йо-Йо, начиная от игры в такой называемой «старой школе», заканчивая сотнями вариаций «новой школы». Сейчас я перечислю наиболее интересные.

Лупинг (англ. loop — петля) — стиль игры, при котором игрок движениями руки направляет йо-йо по эллиптической траектории вокруг руки; основной задачей выполнения трюков «лупинга» является их продолжительное выполнение без возврата йо-йо в руку. Йо-йо для выполнения трюков

«лупинга» могут быть стандартной или модифицированной формы (обода в виде плоских дисков).

Стринг (англ. string — верёвка, нить) — самый популярный стиль игры, основанный на выполнении трюков во время «слипа».

ДаблСтринг (или Чери) (англ. string — верёвка) — стиль игры, в котором используется 2 йо-йо, намного сложнее стринга и лупинга.

Оффстринг (англ. offstring — вне верёвки) — стиль игры, в котором ось йо-йо не крепится к верёвке. Для трюков этого стиля обычно используются большие йо-йо, облегчающие ловлю на верёвку, однако достаточно тренированный игрок может играть в этом стиле практически любым йо-йо.

Каждый из перечисленных стилей уникален по-своему и каждый мастер по-своему раскрывает его, однако есть вещь, объединяющая все эти направления – трюки, или же зрелищные приёмы игры:

Маунты (англ. mount — опора, подставка) — верёвка обматывается вокруг пальцев, после чего на один из полученных отрезков ловится йо-йо. Простейшим «маунтом» является «трапеция» — после броска вбок йо-йо делает оборот вокруг пальца руки, не делавшей бросок («свободной руки») и приземляется на верёвки.

Хопы (англ. hop — прыжок) — после выполнения «маунта» игрок резко увеличивает натяжение верёвки (в редких случаях — придавая импульс своим телом, однако такое выполнение «хопа» считается неверным), заставляя йо-йо подлететь, после чего его ловят либо на тот же, либо на другой отрезок верёвки, задействованный в «маунте».

Випы (англ. whip — кнут, удар кнутом) — игрок захватывает в каком-либо месте верёвку, после чего подкручивающим движением забрасывает получившуюся петлю на йо-йо. Практически единственный тип трюков, представители которого пригодны к исполнению одной рукой.

Хуки (англ. hook — крючок) — подвид «ласерейшенов», требующий также техники «слэк». Петля оборачивается вокруг пальца, одновременно зацепляя йо-йо.

При выполнении проектной практической работы я узнал об интересном физическом явлении – гироскопическом эффекте; лишний раз убедился на практике, как порой кажущиеся на первый взгляд сложными и неясными физические явления можно внедрить в простые вещи, которые у нас всегда под рукой, как, проявив немного изобретательности и терпения, можно на основе физических законов создать культовую для своей эпохи игрушку, годящуюся в применения людям любого возраста. В ходе изучения литературы по поставленной цели, я выяснил историю Гироскопического эффекта, его основные понятия, открыл для себя несколько новых приборов, помогающих в изучении это физического явления на практике, рассказал про то, чем было Йо-Йо в прошлом , и какой любимая безделушка стала сейчас.
Немаловажным аспектом стало изготовления игрушек своими руками , что помогло углубиться в изучение основ создания Йо-Йо и показать как легко и просто можно Получить из отживших своё вещей уникальный физический прибор.
А теперь, обобщим всё выше перечисленное. Итак , гироскопический эффект - это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве(по направлению своего движения). С этим физическим явлением неразрывно связан прибор гироскоп, помогающий в его изучении. Таким прибором, наглядно демонстрирую принцип своей работы, могут стать детские игрушки : Юла и Йо-Йо`шник. В свою очередь Йо-Йо может быть всевозможных форм и из самых разнообразных материалов , начиная от обычного дерева и пластмассы, и заканчивая ювелирной работой из стекла и драгоценных камней. Потому то она и была популярна среди вельмож и знатных особ, готовых себе позволить дорогую на тот момент безделушку.
Спустя несколько лет Игрушка захватывает молодёжь , притягивая интерес юных любителей физики к себе. Появляется множество разновидностей игры с ней :
1) Стринг;
2) ДаблСтринг;
3) Оффстринг и др.
Начинают проводится соревнования среди умелых .В ходе работы я рассказал вам несколько способов , как из подручных материалов собрать самый простой в изготовлении гироскоп, подарив вторую жизнь вашим деревянным катушкам , колёсам, дискам , крышкам от банок и жестяных вёдер.
Список информационных источников.
* Павлов В.А. Гироскопический эффект, его проявления и использование.

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.

ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ИГРУШКИ

Стоит лишь быстро раскрутить игрушку-волчок, как он приобретает удивительную устойчивость и не падает набок. Он даже будет оказывать сопротивление попыткам изменить положение оси его вращения. Эти свойства волчка используют в так называемых гироскопических игрушках.

Волчок Кларка

Это игрушка-волчок английского изобретателя Р. Кларка. Из картона вырежьте два диска. С помощью клея соедините их переходной втулкой из ластика получится что-то очень похожее на старую магнитофонную катушку.

Остается в центре катушки просверлить сквозное отверстие, чтобы в него туго входил корпус шариковой ручки. И еще на верхнем диске надо пробить несколько отверстий. Игрушка готова.

Поставьте волчок Кларка на лист плотной бумаги и сильно раскрутите его. Волчок будет долго вращаться — на бумаге останется лишь точка.

А теперь вставьте в ближайшее от оси вращения отверстие свинцовую заклепку. Снова раскрутите волчок. Теперь он, вращаясь, станет перемещаться — на бумаге появятся спирали.
Переставьте заклепку в другое отверстие, и шарик нарисует новую кривую, непохожую на первую.

Объяснить поведение волчка нетрудно. Помимо сил инерции, на вращающуюся игрушку оказывает влияние центробежная сила, величина которой зависит от массы свинцовой заклепки, угловой скорости вращения волчка, расстояния от заклепки до оси вращения.

Волчок Грейга

Эту игрушку запатентовал американский изобретатель Р. Грейг. Корпус игрушки, если его так можно вообще назвать, представляет собой круглый воздушный шарик. Хотя в надутом состоянии оболочка и образует достаточно прочный корпус игрушки, но масса его явно недостаточна, чтобы при вращении создавать большой момент инерции. Грейг сместил центр тяжести игрушки вниз, то есть установил шарик на тяжелую коническую опору. Она состоит всего из двух деталей: сильного постоянного магнита цилиндрической формы и стальной заостренной книзу ножки. Магнит сквозь горловину вставлен внутрь шарика и через оболочку прижимает к себе ножку.

Чтобы заставить такой волчок вращаться, нужно сделать заводной механизм. Он состоит из полой ручки, внутри которой вращается ось, на которой посажены бобина с прочной нитью и зубчатое колесо. К наружному концу привязано кольцо. Второе зубчатое колесо, аналогично опорной ножке, удерживается на оболочке шарика магнитом. Заводной механизм используется только в момент запуска волчка и в его вращении не участвует.

В принципе игрушка Грейга мало чем отличалась бы от обыкновенной юлы, если бы не одна хитрость. Изобретатель наклеил изнутри прямо на оболочку шарика несколько небольших латунных дисков. Что это дало, понять нетрудно. На вращающиеся диски действует центробежная сила. Она стремится отбросить их от оси. Но этому препятствует сила упругости резиновой оболочки шарика. В начальный момент, когда частота вращения наибольшая, оболочка шарика немного деформируется, на ней появляются выпуклые места, которые по мере торможения волчка постепенно уменьшаются.

Остается добавить: чтобы эффективнее работал заводной механизм, его необходимо дополнить храповиком и возвратной пружиной.

Летающий волчок Лопатина

Игрушка К. Лопатина - тоже волчок. Самое необычное в нем то, что ему вовсе не надо опираться на что-то твердое. Если раскрутить игрушку, она полетит. Подъемную силу, уравновешивающую силу тяжести, создает трехлопастный ротор, искусно упрятанный автором внутри цилиндрического корпуса.

Основные детали волчка Лопатина: круглая деревянная палочка, цилиндрический каркас из упругой стальной проволоки, обтянутый тонкой материей, и ротор, изготовленный из дубового или букового шпона.

Сделать такую игрушку нетрудно. Гораздо труднее научиться ею пользоваться. Техника запуска сводится к следующему. Палочку зажимают между ладонями и резким движением рук в горизонтальном направлении раскручивают игрушку. В начальный момент она взлетает невысоко, а потом медленно, парашютируя, опускается вниз.

Так вот задача играющего — не дать упасть игрушке на землю. А это произойдет только в том случае, если частота вращения не будет уменьшаться. Вот для чего изобретатель придумал плеточку с несколькими короткими шнурками. Надо ударять этими шнурками по боковой цилиндрической поверхности волчка и тем самым подпитывать его энергией.

Интересный эффект можно получить, если установить небольшой грузик подальше от оси вращения, например, где-нибудь на проволочном каркасе. В этом случае вращающийся волчок будет еще и перемещаться в сторону, причем по сложной траектории.

Гироскопическая машинка

Эта идея гироскопической игрушки появилась у изобретателя, после просмотра программы «Автородео": известные трюки - езда автомобилей на двух колесах, развороты на 360 и 720°, прыжки через несколько стоящих автомашин.

Двигатель игрушки — маховик. Если его раскрутить, то через несколько шестеренок он будет крутить задние колеса. Кажется, что точно такой же привод установлен на инерционных игрушках.

Но это не так! Две незаметные особенности отличают этот привод от уже известных: маховик выглядит очень массивным, а значит, энергии он накапливает гораздо больше, а вращается маховик относительно не горизонтальной, а вертикальной оси. Вот эти две особенности и позволяют модели ехать не на четырех, а на двух колесах.

Раскрутив маховик, модель пускается по ровному участку трассы. Но вот переднее, а затем заднее колеса с правой стороны наезжают на подъемный мостик. Модель накреняется под углом 45°. Мостик кончается, а она так и продолжает ехать вперед, опираясь лишь на два колеса. Силы инерции уравновешивают силу тяжести, и пока их разность имеет положительную величину, игрушка будет ехать в неустойчивом положении на двух колесах. При замедлении наступает момент, когда силы сравняются. Начиная с этого момента, модель очень медленно начинает опускаться.

Читайте также: