Законы сохранения и механические игрушки проект
Обновлено: 19.04.2024
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.
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.
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
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс повышения квалификации
Педагогическая поддержка ребенка в образовательной среде
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
«Инновация. Инновационные технологии»
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Описание презентации по отдельным слайдам:
ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ИВАНОВСКОГО РАЙОНА
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА С. ЧЕРЕМХОВО»
Индивидуальный итоговый проект
«Физика в игрушках»
Выполнил
ученик 9 класса
МОБУ СОШ с. Черемхово
Кухта Назар
Руководитель
учитель физики и математики
Маринина Светлана Геннадьевна
Гипотеза:
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.
Анкетирование «ФИЗИКА В ИГРУШКАХ»
(опрошенных 33 ученика 7, 9-11 классов)
1. Какая игрушка тебе в детстве нравилась больше всего?
А) неваляшка Б) погремушка В) дудочка Г) резиновый шарик Д) свой ответ
2. Какой физический принцип действует в неваляшке?
А) движение по инерции Б) сила трения В) сила тяжести
Г) устойчивое равновесие
3. Какой физический принцип действует на резиновый мячик, ели его опустить в воду?
А) выталкивающая сила Б) сила Архимеда В) равновесие Г) давление
4. Если ты в детстве разбирал игрушку, то ты это делал для того, чтобы:
А) изучить её внутреннее строение Б) понять принцип её работы
В) родители пожалели и купили новую игрушку Г) она тебе не нравилась
5. Можешь ли ты сам сделать игрушку? Да нет
6. Если можешь, то какую?
7. Нужны ли тебе для этого знания законов физики? да нет
Деление игрушек по группам
Деление игрушек по группам
Деление игрушек по группам
Результаты анкетирования
1. Какая игрушка тебе в детстве нравилась больше всего?
2. Какой физический принцип действует в неваляшке?
Результаты анкетирования
3. Какой физический принцип действует на резиновый мячик, ели его опустить в воду?
4. Если ты в детстве разбирал игрушку, то ты это делал для того, чтобы:
Результаты анкетирования
5. Можешь ли ты сам сделать игрушку?
6. Если можешь, то какую?
7. Нужны ли тебе для этого знания законов физики?
Изготовление игрушки
Игрушка «Медуза»
Оборудование:
пластиковая бутылка
клей-пистолет
ножницы
свеча
нитки, атласные ленты.
Основа принципа игрушки:
условия плавания тел.
Изготовление игрушки
Игрушки на магнитном взаимодействии
Оборудование:
два пластиковых яйца;
пластилин;
четыре керамических магнита;
картон;
фломастеры;
скотч;
ножницы.
Основа принципа игрушки: взаимодействие магнитных полюсов
Изготовление игрушки
Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия:
а) игрушка "Ванька-встанька«
Оборудование:
пластиковое яйцо от киндер- сюрприза;
нож; гипс;
бумагу; краски;
лак; клей;
свинцовую дробь;
стеариновую стружку.
Основа принципа игрушки:
устойчивое равновесие
Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия:
б) игрушка «Стрекоза»
Оборудование:
картон;
пластилин;
ножницы.
Основа принципа игрушки:
устойчивое равновесие
Игрушка «Волчок»
Оборудование:
деревянная шпажка;
картонный диск;
клей.
Основа принципа игрушки:
закон сохранения момента количества движения.
Изготовление игрушки
Игрушка «Катушка-ползушка»
Оборудование:
деревянная катушка;
гвоздь;
резинка;
мыло;
спичка;
крючок.
Основа принципа игрушки:
использование силы трения и силы упругости.
Изготовление игрушки
на примере простых игрушек 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
была выделена классификация игрушек
я показал игрушки не как забаву, а как физику и физику не как науку, а как забаву
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
изучение принципа действия игрушек показало, что законы физики находят широкое применение.
Физика - это и удивительно простые опыты, показанные в кругу друзей, это игрушки - самоделки, которые вы можете сделать своими руками, это занимательные фокусы и интересные исследования того или иного физического явления. Физика помогает нам объяснить многие загадочные процессы, происходящие в природе. Ее открытия делают жизнь человека более комфортной и интересной.
Просмотр содержимого документа
«Физика в игрушках»
1. Инерционные игрушки
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 остановить и она будет двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем такая же игрушка без маховика.
Первые заводные и инерционные игрушки придумали еще в XIX веке, однако лишь в XX веке выбор таких игрушек стал максимально разнообразным это различные автомобили, тачки, скорые и милиция, Ваз, троллейбус, паровоз, мотоцикл. Сейчас, заводные игрушки не менее популярны, но выбор стал более широкий, появились различные животные: динозаврик, зайчик, овечка, змейка, слоник, кенгуру, цыпленок. В игрушки вставляют специальные пружины, которые позволяют игрушке двигаться. Несколько оборотов специального ключа или рычага, и вот уже словно по волшебству машинка ездит сама по себе, заяц прыгает как настоящий, рыбки плавают в воде. Машинки оборудуют специальным механизмом так, что при отводе назад, машинка по инерции едет вперед. Заводные и инерционные игрушки всегда привлекали внимание детей эффектом движения и своей яркой окраской. Они способны не только увлечь ребенка на долгое время, но и полезны для развития мелкой моторики, расширяют кругозор и наблюдательность. Если ребенок держит в руках «самодвижущуюся» игрушку, поверьте, он не останется равнодушным и придет в неимоверный восторг.
Инерционные игрушки.
Вы, ребята, смотрели сейчас заводные игрушки. А эти игрушки не требуют завода, но тоже некоторое время движутся, если мы поможем им и подействуем силой своей руки.
Эти инерционные игрушки помогла создать физика. Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, и, следовательно, будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.
Явление инерции можно наблюдать на опытах:
2. Заводные игрушки
Внутри этих игрушек - пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу.
Когда мы заводим игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжимается, увеличивается ее потенциальная энергия. Чем больше оборотов ключа мы сделаем, тем сильнее сожмем пружину, тем больший запас потенциальной энергии получит пружина. А теперь пора игрушку отпустить. Пружина внутри игрушки начинает раскручиваться, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию игрушки. В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.
3. Гироскопические игрушки
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.
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.
Волчо́к, юла́ — детская игрушка, которая вращается и не падает.
Быстро вращающийся волчок не падает, но постепенно из-за трения угловая скорость собственного вращения уменьшается. Когда скорость вращения становится недостаточно большой, ось волчка спиралеобразно удаляется от вертикали, и волчок падает.
Волчок — это простейший пример гироскопа, являющегося важнейшим элементом целого ряда навигационных приборов.
Существует усложнённый вариант волчка, содержащий механизм, — юла.
Гироско́п (от др. -греч. γυρο «тяжёлый» и др. -греч. σκοπεω «смотреть» ) — устройство, способное измерять изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат.
.
Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п — быстро-вращающееся твёрдое тело, ось вращения которого способна изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на неё внешних сил.
Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение» , «наблюдаю» .
Тромпо — популярная в Латинской Америке игрушка, волчок грушевидной формы, обычно изготавливаемый из древесины, хотя в последнее время для изгтовления тромпо нередко применяются пластмассы и иные современные материалы. Наконечник, на котором вращается тромпо, часто изготавливают из стали. Запускают игрушку обычно с помощью пружины. В Испании эта игрушка известна под названием пеон (peon), в ряде стран Южной Америки — как рунчо (runcho) или пеонца (peonza).
В ряде стран Латинской Америки, таких как Мексика, Колумбия и Перу, тромпо настолько популярен, что даже проводятся чемпионаты по его запуску.
Почему же не падает волчок? Почему, «устав» стоять на ножке, он отклоняет головку и начинает плавно вращать ею? Может быть, вращаясь, волчок оживает? Долгие годы люди размышляли над этим и терялись в догадках.
Первые упоминания о волчке и его необыкновенных свойствах относятся к глубокой древности. До наших дней дошли такие игрушки, изготовленные в Китае в III тыс. до н. э (см. статью "Древний Китай кратко").
В Историческом музее среди экспонатов, относящихся к началу нашей эры, есть волчки-рулетки. На их оси насажены не круглые, а многоугольные диски. На каждой грани диска написана цифра. Видимо, игра состояла в том, что, назначив ставки и объявив «свои» цифры, играющие запускали волчок. Через некоторое время, проходившее для игроков в волнующем ожидании, волчок останавливался и падал на одну из граней. Ставки забирал тот, чья цифра оказывалась на верхней грани лежащего волчка.
Шли столетия, но интерес к волчку и его загадкам не падал. Им интересовались продавцы игрушек, серьезные ученые, моряки и даже художники.
В Париже, в Лувре хранится картина «Мальчик с волчком», написанная в 1738 г. Ее автор Жан Батист Симеон Шарден — выдающийся французский живописец, академик, крупнейший представитель реалистической живописи XVIII в. На картине изображен мальчик лет двенадцати, наблюдающий за волчком, вращающимся на столе, на котором лежат книги и письменные принадлежности. Две детали картины привлекают внимание зрителя: это волчок со слегка отклоненной осью, движение которого ощущается почти физически, и лицо мальчика, не по-детски серьезное, напряженное; зрителю ясно — мальчик пытается сам постичь тайну волчка (ведь в книгах об этом еще почти ничего не написано).
Однако фундаментальные законы механики, которым, безусловно, подчиняется движение волчка, уже открыты великим Ньютоном. Задача теперь в том, как применить эти законы для понимания поведения волчка. Сам Ньютон сделал это блестяще, объяснив прецессию большого волчка — Земли, открытую еще во II в. до н. э. греческим астрономом Гиппархом. Но об этом позже.
Любопытны и многие другие встречающиеся в литературе упоминания о волчках. Вот лишь некоторые из них. Известный западногерманский ученый-механик К. Магнус писал: «Удивительный волчок, тысячи лет служивший занимательной игрушкой, очаровал в свое время и классиков механики. Астроном сэр Джон Гершель называл его инструментом философов».
В XVIII и XIX вв. волчки стали излюбленной моделью, к которой прибегали физики, стремясь объяснить те или иные явления. Даже Максвелл, создавая теорию электромагнитных явлений, прибегал к механическим моделям, большую роль в которых играли волчки, помещенные в различные точки пространства. Выдающийся физик первой половины XX в. Энрико Ферми (1901 — 1954) начал свой путь в науку, пытаясь постичь тайны волчков и гироскопов. Вот что писал о 13-летнем Энрико друг семьи Ферми инженер Амидей: «Впоследствии я узнал, что Энрико изучал математику и физику по случайным книгам, которые покупал в букинистических магазинах на рынке Камподей-Фьори. Он надеялся, в частности, найти в этих книгах теорию, объясняющую движение волчков и гироскопов. Объяснения он так и не нашел. Но, возвращаясь к этой проблеме снова и снова, мальчик самостоятельно приблизился к разъяснению природы загадочного движения волчка»
Американский инженер Эльмер Сперри уже имел ряд серьезных изобретений в области электротехники, когда в 1904 г. купил своим детям забавную игрушку — волчок. Неизвестно, понравилась ли игрушка детям, но папа увлекся ею, предугадав в использовании удивительных свойств волчка — устойчивости и прецессии — неограниченные возможности для творчества.
Изучив немногочисленные тогда труды по волчкам и гироскопам, Э. Сперри начал работать над актуальнейшей проблемой того времени — созданием для морского флота компаса без магнита (гироскопического компаса).
В 1908 г. Э. Сперри собственноручно изготовил образец гирокомпаса, который достаточно успешно прошел испытания. Успех окрылил изобретателя. В 1910 г. была создана фирма «Сперри», которая стала выпускать гирокомпасы для военных кораблей, а позднее другие гироскопические приборы и автопилоты.
Один из основоположников конструирования и производства отечественных гироскопических приборов Николай Николаевич Остряков (1904—1946) уже в раннем детстве был «очарован» волчком, который, по словам академика А. Ю. Ишлинского, «запускал без устали».
Гироскопические приборы, разработанные и изготовленные под руководством Н. Н. Острякова, помогали громить врага в годы Великой Отечественной войны.
В представлении на присвоение Н. Н. Острякову ученой степени доктора технических наук без защиты диссертации академик А. Н. Крылов отметил, что, подобно выдающимся механикам прошлого, Николай Николаевич «. осуществлял свои творения не пером на бумаге, а резцом из меди и стали».
Итак, гироскопическая техника началась с волчка, с его удивительных свойств, с которыми стоит познакомиться подробнее. Однако, чтобы понять эти свойства, нужно затратить некоторое время и усилия на подготовительную работу — знакомство с физическим смыслом самых необходимых для дальнейшего изложения понятий механики.
Волчок был и у скандинав и у викингов ,но и у славян тоже..представлял собой деревянный конус ..на который наматывалась нитка и раскручивалась юла. потом уже пошло дальше .
Предком современной юлы является волчок. Игра с волчком имеет давние традиции и восходит к средневековью. В те времена волчок запускали, раскручивая между ладонями, и бросали на ровную поверхность либо его раскручивали хлыстиком, и был он сделан только из дерева. Волчок всегда был детской забавой.
Первоначальная форма волчка – это деревянный конус, вращающийся на остром выступе, который подгоняли с помощью хлыстика. С 1880 года можно найти описание Лоренца Больца о производстве сделанных вручную волчков из цинка в королевском торговом реестре Баварии.
В 1970 г. Питер Больц встал во главе компании. Под его руководством был изобретён широко известный музыкальный волчок, и с тех пор начались его экспортные продажи по всему миру. Шесть-восемь вокальных элементов создают удивительные в несколько голосов звуки волчка.
Волчки от компании Bolz совершенствовались и в дальнейшем. К 1937 г. они постепенно увеличили своё звучание до 20 тонов. Так произошло создание хорового волчка.
В 1952 г. было запатентовано другое изобретение компании Bolz и в качестве третьего поколения волчков распространилось по всему миру. Музыка от вращающегося музыкального волчка. Тем временем компания Bolz превратилась в мирового ведущего производителя, а с появлением пластмассовых волчков завершилось производство традиционных оловянных волчков.
Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.
Просмотр содержимого документа
«ПРОЕКТ на тему «Физика в детских игрушках»»
Управление образования администрации Жуковского района
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Жуковская средняя общеобразовательная школа №2
имени Героя Советского Союза Егора Павловича Новикова
242700, Брянская область, г. Жуковка, ул. Карла Либкнехта, д.2а
на тему «Физика в детских игрушках»
по предмету физика
учащейся 7б класса
Руководитель проекта: Овчинникова Татьяна Владимировна, учитель физики и математики
3. Практическая часть. Изготовление игрушки «куклы-неваляшки»………..7
3.1Неваляшка своими руками…………………………………………. 8
7. Список использованной литературы и интернет-ресурсов………….……..10
Иногда о чем-нибудь незначительном, пустячном говорят: «А! Это просто игрушки!». Но разве игрушки - пустяк? Игрушки, несомненно, были сделаны для того, чтобы развивать детей физически и интеллектуально. Детские игрушки запечатлели в себе историю развития человечества и науки. Вот такая серьезная вещь - игрушки.
С прошлого года, когда мы приступили к изучению нового предмета физики, и игрушки открылись для меня с новой, совершенно неожиданной стороны. 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, я нашла в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.
Поэтому я решила отразить мир физики через детские игрушки.
Актуальность темы «Физика в игрушках» в том, что детство было у каждого и интерес к строению поющей, либо просто движущейся игрушки не уменьшается с возрастом. 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.
Гипотеза: «Если игрушка интересна своей подвижностью, музыкальностью детям, то она интересна взрослым своей физической составляющей».
Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.
Объектом исследования являются детские игрушки, а предметом исследования – физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.
Группы игрушек
С помощью игрушек и игр ребенок наиболее естественно и непосредственно открывает для себя одну за другой сферы общечеловеческого знания, получает необходимую предметную информацию.
Играя, ребенок осваивает различные способы действия в определенных мыслительных или реальных ситуациях, накапливает свой первый опыт жизни. Ассортимент игрушек чрезвычайно многообразен и непрерывно обновляется с учетом последних достижений в различных областях знаний.
Деление игрушек по группам:
Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления (Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому, что их вес намного меньше действующей на них со стороны воды выталкивающей силы. Следовательно, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать. К таким игрушкам относятся: надувные “спасательные” круги, кораблики, лодочки, плавающие свечи, резиновые (полые) игрушки (уточки, лягушки и т.д.), водяные пистолеты);
Заводные игрушки (Очень давно, еще маленькими, мы полюбили эти игрушки. Почему же они движутся? Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу. К таким игрушкам относятся: машины, зверюшки, железная дорога, заводная лодочка с гребцом и т.д.);
Инерционные игрушки (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 остановить, и она будет двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем такая же игрушка без маховика);
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести (Большой устойчивостью обладает тело, имеющее форму шарового сегмента, лежащего на своей выпуклой поверхности. Такое тело используется в устройстве распространённой игрушки неваляшки. При всяком наклоне игрушки её центр тяжести поднимается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже);
Звуковые игрушки (Самые первые ваши игрушки это погремушки. Мы живем в мире звуков. Вот погремушки у них внутри различные ударные предметы и при ударах они звенят. Примером является игрушечный металлофон, он звенит от ударов молоточком по металлическим клавишам. Следовательно, источником звука является колеблющееся тело. Поющая птичка, обезьянка говорящая всем «я люблю тебя», говорящая кукла издают звуки, за счет воздуха выходящего из специального устройства находящегося внутри них «подушки». Нажимая на нее, воздух выходит из подушки, а потом, когда мы отпускаем ее – устремляется внутрь при этом, распрямляя ее, воздух колеблется, издавая звуки);
Электрические и магнитные игрушки ( Мы знаем свойства магнита притягивать металлические тела. Это свойство применено в играх "Эрудит", "Шахматы", "Магнитная мозаика". Если пропустить через проводник, помещённый в магнитное поле электрический ток, то он отклонится. Это свойство проводников с током двигаться в магнитном поле используется в электродвигателях. Электрический двигатель является главной частью электрических игрушек. В них электродвигатели питаются от батарейки);
Игрушки, действие которых основано на законах оптики (Одной из самых красочных игрушек является калейдоскоп. Он может не только доставлять удовольствие разнообразными узорами, но и оказывать большую помощь художникам в создании рисунков для тканей, обоев, керамики, в создании орнаментов для витрин, выставок. В основе действия таких игрушек лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол);
Гироскопические игрушки (Внимание многих учёных и изобретателей привлекла древнейшая народная игрушка-волчок. Их приводят в движение рукояткой, снабжённой ходовым винтом. Попытки повалить быстро вращающийся волчок не удаются. Под действием тока волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси, положение которой несколько смещено относительно первоначального. В чём же причина такой устойчивости вращения? Она связана с законом сохранения момента количества движения. Придавая волчку быстрое вращение, он сразу становится устойчивым, описывая своей осью коническую поверхность).
Практическая часть. Изготовление игрушки «куклы-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 19 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.
Самая простейшая неваляшка устроена незамысловато. 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.
Неваляшка своими руками
Для изготовления игрушки нам понадобится: пластиковое яйцо (киндер-сюрприз), металлический утяжелитель, пластилин.
В нижней части пластикового яйца, в центре, крепим пластилин.
На пластилин кладем металлический утяжелитель.
Чтобы утяжелитель не передвигался в другое положение, закрепляем его сверху пластилином, пока он не покроет весь утяжелитель.
После этого, закрываем верхнюю часть яйца, игрушку можно ставить в любое положение - она всегда будет возвращаться назад.
Читайте также: