Реферат по физике физика и детская игрушка

Обновлено: 04.05.2024

После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.

Подписи к слайдам:

Проект «Физика в детских игрушках» Подготовила: Черепанова Анастасия Учитель физики : Овчинникова Т.В. Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек. Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек. Объект исследования- физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек. Предмет исследования- детские игрушки 1. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления

Группы игрушек

1. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления 2. Заводные игрушки 2. Заводные игрушки 3. Инерционные игрушки 3. Инерционные игрушки 4. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести 4. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести 5. Звуковые игрушки 5. Звуковые игрушки 6. Электрические и магнитные игрушки 6. Электрические и магнитные игрушки 7. Игрушки, действие которых основано на законах оптики 7. Игрушки, действие которых основано на законах оптики 8. Гироскопические игрушки 8. Гироскопические игрушки Практическая часть. Изготовление игрушки «куклы-неваляшки» Практическая часть. Изготовление игрушки «куклы-неваляшки» «Неваляшка» - полое округлое тело, в котором центр тяжести максимально опущен вниз, таким образом, что при наклоне корпуса груз приподнимается и стремится вернуть куклу в вертикальное положение. При всяком наклоне неваляшки её центр тяжести повышается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению наиболее устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже.

Принцип работы

Эта работа доступна людям всех возрастов, ведь для объяснения работы многих детских игрушек достаточно знаний школьного курса 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.

С раннего детства мы сталкиваемся с разного рода игрушками. Они отличаются друг от друга по многим признакам. И мы не задумываемся о том, что в основе действия некоторых из них лежат законы физики. В данной проектной работе ученики не толькко рассматривают физику игрушек, но и сами их изготавливают.

Вложение	Размер
Проектная работа "Физика в игрушках"	373 КБ

Предварительный просмотр:

Ханты-Мансийский автономный округ – Югра

Физика в игрушках

Авторы: Шакиров Булат,

Ученики 8 "Б" класса

Руководитель: Акулова Ирина

Цель работы стр. 3

2.1.Игрушки на магнитном взаимодействии стр.4

2.2.Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия стр.4

2.2.1.Игрушка "Ванька-встанька" стр.4

2.2.2.Игрушка "Послушное яйцо" стр.5

2.2.3.Игрушка "Веселые клоуны" стр.6

2.2.4.Игрушка "Стрекоза" стр.6

2.2.5.Игрушка "Веселые качели" стр.7

2.2.6.Игрушка "Катушка-ползушка" стр.7

3.Заключение и выводы стр.8

С раннего детства мы сталкиваемся с разного рода игрушками. Они отличаются друг от друга по многим признакам. И мы не задумываемся о том, что в основе действия некоторых из них лежат законы физики. В своей работе мы хотели не просто рассмотреть физику некоторых игрушек, но и самостоятельно их изготовить.

Изготовить игрушки, действие которых основано на законах физики.

1.Присмотреться к игрушкам, продаваемым в магазинах, вспомнить, какими игрушками сами играли в детстве. Постараться "увидеть" их физическую суть.

2.Изучить литературу, в которой описывается изготовление игрушек.

3.Изготоить игрушки и дать объяснение принципов их работы.

2.1. Игрушки на магнитном взаимодействии.

Для изготовления этих игрушек мы использовали следующее оборудование (фото 1) :

два шарика от пинг-понга;
пластилин;
четыре керамических магнита;
картон;
фломастеры;
скотч;
ножницы.

На картоне мы нарисовали фигурки детей и животных, обклеили скотчем и вырезали. Шарики от пинг-понга разрезали пополам. Заполнили полученные половинки пластилином, вдавили в него магниты.

Мы знаем, что 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 нашей игрушки.

Сверху на половинках шариков мы укрепили фигурки, ориентируя их и учитывая полярность магнитов таким образом, чтобы собака поворачивалась к мальчику, а кошка к девочке (фото 2-4).

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 (рис.1).

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.2).

2.2.1. 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. 3).

Для изготовления ванька-встаньки использовали

куриное яйцо;
нож;
гипс;
бумагу;
краски;
лак;
клей;
свинцовую дробь;
стеариновую стружку.

На концах яйца проткнули две небольших дырочки и выдули содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыли водой и в течение нескольких дней хорошо просушили. После этого одну из дырочек заделали гипсом (фото 5). Через отверстие набросали внутрь скорлупы около 30 штук мелких свинцовых дробинок и стеариновую стружку от свечи. После этого мы подогрели яйцо на пламени свечи, дождавшись момента, пока стеарин полностью не расплавился (фото 6). Потом поставили яйцо на широкий конец. Стеарин охладившись, застыл и слепил дробинки между собой, а так же приклеил их к скорлупе. После этого мы заделали второе отверстие гипсом и замаскировали все дефекты поверхности при помощи полосок бумаги, которыми обклеили скорлупу (фото 7). Разрисовав и покрыв лаком игрушку, придали ей красивый внешний вид (фото 8).

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

2.2.2. Игрушка «Послушное яйцо»

Действие этой игрушки основано на состоянии устойчивого равновесия. Равновесие будет устойчивым, если точка опоры и центр масс данного тела будут находиться на одной вертикали к поверхности, на которой лежит тело. Для изготовления послушного яйца использовали

оборудование (фото 9) :

На концах яйца проткнули две небольших дырочки и выдули содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыли водой и в течение нескольких дней хорошо просушили. После этого одну из дырочек заделали гипсом. Через отверстие насыпали внутрь скорлупы песок. После этого мы заделали второе отверстие гипсом и замаскировали все дефекты поверхности при помощи полосок бумаги, которыми обклеили скорлупу (фото 7). Разрисовав и покрыв лаком игрушку, придали ей красивый внешний вид (фото 10).

Послушное яйцо можно поставить в любом положении. Для этого нужно только встряхнуть яйцо, держа его в том положении, которое оно должно будет занять. Песчинки переместятся, и поставленное яйцо будет сохранять устойчивое равновесие.

2.2.3. Игрушка "Весёлые клоуны"

Для того что бы сделать эту физическую игрушку нам понадобилось оборудование (фото 8) :

картон;
кусочки пластилина;
бечевка;
2 бутылки с водой для устойчивости;
клейкая лента;

Сначала мы вырезали из картона двух клоунов и раскрасили их (фото 11). После на обратной стороне ладоней клоунов прикрепили кусочки пластилина (фото 12). Привязали бечевку между двумя бутылками и натянули её, установив бутылки на разных уровнях. Клоунов посадили на бечёвку (фото 13). Что бы заставить клоунов передвигаться, нужно слегка дотронуться до бечевки рукой. Она придёт в колебательное движение, а клоуны под действием силы тяжести и силы трения начнут, покачиваясь, спускаться вниз по натянутому "канату". Результаты опыта можно объяснить состоянием устойчивого равновесия клоунов. Их центр тяжести находится ниже точки опоры (фото 14).

При изготовлении этой игрушки мы использовали следующее оборудование:

Вырезали из картона стрекозу таким образом, что ее крылья немного выступали вперед головы (фото15). На эти выступающие части крыльев на концах и снизу укрепили небольшие кусочки пластилина. Если прислонить нашу стрекозу головой к острию карандаша, то она повиснет в воздухе. Стрекоза находится в состоянии устойчивого равновесия, так как ее точка опоры находится выше основной тяжести (фото 16).

2.2.5.Игрушка "Веселые качели".

Для изготовления этой игрушки мы использовали следующее оборудование (фото 17 ) :

два стакана;
две булавки;
проволоку;
картон;
фломастеры;
скотч;
ножницы.

Вырезали из бумаги двух человечков и изготовили для них качели со стеариновым двигателем. Для этого использовали обыкновенную стеариновую свечу. Укрепили человечков с помощью тонкой проволоки на противоположных концах свечи. Уравновесив свечу на линейке, нашли ее середину, где воткнули с двух сторон напротив друг друга две булавки. Поставили на бумагу два стакана и положили булавки на них. Зажгли тот конец свечи, который оказался наклоненным вниз. Через некоторое время свеча качнулась и горящий конец поднялся. В этот момент мы зажгли второй конец. Скоро стеариновый двигатель заработал вовсю.

Если присмотреться к качелям, то можно понять принцип их работы. Когда конец свечи оказывается внизу, то пламя с этой стороны "съедает" часть свечи. Данная часть качелей становится легче, поэтому она поднимается вверх. Оказавшись вверху, конец свечи продолжает гореть в нормальном режиме, но зато противоположная часть уже находится внизу. Пламя активно "съедает" уже эту половину. И все повторяется.

2.3. Игрушка «Катушка-ползушка»

Для изготовления катушки использовали оборудование :

деревянная катушка;
гвоздь;
резинка;
мыло;
спичка;
крючок.

На станке выточили катушку, на её торцах сделали сквозное отверстие. Сквозь отверстие при помощи крючка продели резинку. В петлю резинки, которая выглядывала с одного конца, заложили обломок спички длинной 15мм. К другому торцу катушки приложили шайбу из мыла. Шайбу предварительно вырезали из сухого обмылка. Диаметр шайбы около 15мм, а диаметр отверстия в ней – 3мм. На мыльную шайбу положили стальной гвоздь длинной 50мм и поверх этого гвоздя связали концы резинки надежным узлом. Чтобы привести катушку в движение необходимо, поворачивая гвоздь, завести катушку-ползушку до тех пор, пока не начнёт прокручиваться обломок спички с другой стороны. Если поставить катушку на стол, то резинка, раскручиваясь, повезёт катушку, а конец гвоздя будет скользить по столу (фото 18).

Работа игрушки основано на использовании силы трения и силы упругости. Когда мы закручиваем резинку, она натягивается и всё крепче прижимает обломок спички к щёчке катушки. Между обломком и щёчкой имеется трение. Если бы этого трения не было, то обломок спички вертелся бы совершенно свободно, и катушку-ползушку вообще не удалось бы завести даже на один оборот! Трение в этом месте полезно. Оно помогает работе сделанного нами механизма. А с другой щёчкой катушки дело обстоит совершенно наоборот. Здесь гвоздь должен вращаться как можно легче и свободнее. Для уменьшения трения мы подложили между щёчкой и гвоздём мыльную шайбу. Она уменьшает трение, служит как бы смазкой. При движении катушки возникает так же трение между "колёсами" игрушки и "дорогой", а так же между гвоздём и столом. В первом случае трение полезно, и для лучшего сцепления со столом можно было бы на "колёсах" сделать зазубрины. Во втором случае трение вредно, оно задерживает движение катушки. Чтобы его уменьшить, можно отшлифовать конец гвоздя мелкой шкуркой.

4.Заключение и выводы.

Мы изготовили 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

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"

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.

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.

Читайте также: