Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести
Содержание
| Введение…………………………………………………………………. | 4-5 |
| Глава 1. Деление игрушек по группам……………………………… | 5-6 |
| 1.1Плавающие игрушки ………………………………………………. | 6 |
| 1.2 Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести ………..………………………………………………… | 7-9 |
| 1.3 Гироскопические игрушки ………………………………………… | 9 |
| 1.4 Инерционные игрушки …………………………………………….. | 9-10 |
| 1.5 Заводные игрушки…………………………………………………. | 10-11 |
| 1.6 Звуковые игрушки ………………………………………………….. | 11-12 |
| 1.7 Игрушки на батарейках или электрические игрушки………….. | 12-13 |
| 1.8 Магнитные игрушки ……………………………………………… | 13-14 |
| 1.9 Игрушки, действие которых основано на законах оптики ……. | 14-15 |
| Глава 2. Практический этап исследования | |
| 2.1 Анкетирование в школе …………………………………………… | 15-16 |
| 2.2 Изготовление игрушки | |
| 2.2.1 Игрушка «Медуза»……………………………….......................... | 16-17 |
| 2.2.2 Игрушки на магнитном взаимодействии………………………. | 17 |
| 2.2.3 Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия …………………………………………….. | |
| а) игрушка "Ванька-встанька" …………………………………… …. | 18-19 |
| б) игрушка "Стрекоза" …………………………………… …………. | 19 |
| 2.2.4 Игрушка «Волчок»……………………………………………….. | 19 |
| 2.2.5 Игрушка "Катушка-ползушка" ………………………………… | 19-20 |
| Заключение………………………………………………………………. | 21 |
| Список используемых источников и литература…………………..... | 22 |
| Приложения |
|
|
|
Введение
С самого раннего детства начинается наше знакомство с физикой. Играя, мы не обращаем внимания на встречающиеся в устройстве и работе игрушек физические явления и законы. Внимательно посмотрев на игрушки, которые в большом количестве есть в каждом доме, в том числе и в моём, я в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.
Поэтому я решила отразить мир физики через детские игрушки.
Актуальность данного исследования: Я считаю свою работу актуальной, так как она повышает интерес к изучению физики и доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук. Каждый человек должен иметь представление о физических явлениях и законах, с которыми непосредственно сталкивается в повседневной жизни с самого раннего детства.
|
|
|
Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.
Задачи:
1. Вспомнить, какими игрушками сами играли в детстве.
2. Собрать игрушки, имеющиеся дома и у знакомых, постараться «увидеть» их физическую суть.
3. Классифицировать игрушки по принципу действия.
4. Показать игрушки не как забаву, а как физику.
5. Показать физику не как науку, а как забаву.
6. Исследовать, а знают ли ученики нашей школы (7,9-11 классы), какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.
7. Изготовить игрушки, действие которых основано на законах физики.
Методы исследования: поисковый обобщение, исследование опытным путём, поиск информации в сети Интернет, анкетирование, анализ, наблюдение, проведение опроса, составление мониторинга.
Объект: детские игрушки.
Предмет исследования: физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.
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.
|
|
|
Глава 1. Д еление игрушек по группам
Почти все знакомые нам игрушки можно объединить в определённые группы на основе принципа их работы.
| Название группы | Виды игрушек |
| 1. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления илиплавающие игрушки | 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 |
| 3. Гироскопические игрушки | Юла, волчок, блейды |
| 4. Инерционные игрушки | Автомобили, самолеты |
| 5. Заводные игрушки | Машины, зверюшки, железная дорога, заводная лодочка с гребцом |
| 6. Звуковые игрушки | Погремушки, свирель, пищащие игрушки, говорящие куклы |
| 7. Электрические игрушки | Электрическая железная дорога, электрические автомобили, роботы, детский телефон |
| 8. Магнитные игрушки | Игра “Рыболов”, магнитные шашки и шахматы, нарды |
| 9. Игрушки, действие которых основано на законах оптики | Калейдоскоп, детские бинокли и подзорные трубы, детские фотоаппараты и камеры. |
Плавающие игрушки
|
|
|
Если погрузить в воду мячик и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет. То же самое происходит и с другими телами (пробкой, щепкой). Какая сила заставляет их всплывать?
На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила, направленная вертикально вверх. Если сила тяжести Fтяж больше архимедовой силы FA, то тело будет опускаться на дно, тонуть, т. е. если Fтяж> FA, то тело тонет. Если сила тяжести Fтяж равна архимедовой силы FA, то тело может находится в равновесии в любом месте, т. е. если Fтяж = FA, то тело плавает . Если сила тяжести Fтяж меньше архимедовой силы FA, то тело будет подниматься из жидкости, всплывать, т. е. если Fтяж< FA, то тело всплывает.
Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что действующая на них сила тяжести намного меньше выталкивающей силы.
Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать.
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести
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 (Приложение №1 рис.2).
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 (Приложение №1 рис.3).
В русском фольклоре эту игрушку иногда называют "Ванька-встанька".
Хорошо известен принцип действия популярной детской игрушки-"неваляшки" - эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести. Благодаря этому у неё есть только одно положение устойчивого равновесия (на основании) и только одно положение неустойчивого равновесия (на голове). У каждого предмета 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." (Архимед)
Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела.
У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее.
Самая простая неваляшка представляет собой круглый полый корпус, внутри которого в нижней части закреплен груз. В результате получается объемная фигура со смещенным относительно геометрического центра центром тяжести.
У Ваньки - Встаньки в нижней части находится тяжелый полушар. Центр тяжести полушара - точка С - при наклоне поднимается. Расстояние CD больше расстояния АС. Значит, равновесие в первом случае устойчиво.
Для тела, опирающего на одну точку, в состоянии равновесия, центр тяжести находится на одной вертикали с точкой опоры ( СА -вертикаль). При отклонении от положения равновесия возникает момент силы, возвращающий тело в равновесное состояние с наизнишим положением центра масс.
Обычный полый шар обладает безразличным равновесием: как бы его не положили, он будет находиться в состоянии покоя, т.к. центр тяжести такого тела всегда равноудален от точки опоры.
А полый шар со смещенным центром тяжести будет стремиться занять положение, при котором центр тяжести будет наиболее приближен к точке опоры. Тогда такой шар окажется в единственном для него положении устойчивого равновесия.
Для малышей, которые ещё не научились аккуратно кушать есть даже чашка-неваляшка.
Чашка - неваляшка с "носиком" и удобными ручками научит малыша, привыкшего к бутылочке, пить из чашки. Утяжеленное дно не позволяет чашке окончательно перевернуться, даже если ребенок неудачно ставит ее на стол. А носик кружки сделан так, что если ребенок и перевернет ее вверх дном, то из нее не выльется ни капельки. Когда малыш научится обращаться с чашкой, крышку с носиком для питья и утяжеленное дно можно будет снять.
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.
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.
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.
А вспомните пружинные пистолеты с пулями-присосками. Когда мы вставляем пулю в пистолет, сжимается пружина, находящаяся внутри. Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение пули. В соответствии с законом сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию пули-присоски. Можно объяснить и следующее за выстрелом явление присасывания пули к поверхности. Это явление можно объяснить существованием атмосферного давления. Когда присоска ударяется о поверхность, некоторая часть воздуха выбрасывается из-под присоски из-за этого удара. В результате силы атмосферного давления прижимают пулю-присоску к поверхности, т.к. атмосферное давление больше, чем давление под присоской.
Звуковые игрушки
Мы все живём в мире звуков. Где бы мы ни находились, нас сопровождают разные звуки. Совсем ещё маленький ребёнок, а уже гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и она звуковая.
Звуки бывают разные: громкие и тихие, высокие и низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук.
Теперь посмотрите другую игрушку – «Кот в сапогах». Когда мы нажимаем на неё, воздух выходит из подушки, находящейся внутри игрушки, а когда мы её отпускаем – устремляется внутрь подушки, она постепенно распрямляется, воздух внутри неё колеблется, издавая звук.
«Говорящие» куклы умеют произносить «Мама». Причина этого – колебания воздуха внутри кожаной коробочки с отверстиями, которую помещают внутрь игрушки. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.
Причиной музыкальных звуков, издаваемых шарманкой, тоже является воздух внутри неё. Чтобы звук был громче, ящик шарманки делают большим и полым.
1.7Игрушки на батарейках или электрические игрушки
Это различные интерактивные, светящиеся, летающие, музыкальные, радио игрушки, роботоигрушки. Внутри этих игрушек батарейки - химические источники тока. Электрический ток оказывает различные действия: тепловое, магнитное, механическое.
Светящиеся игрушки изготавливаются как из пластика, так и из плюша. Модификаций светящихся игрушек чрезвычайно много – это и фонарики, и светящиеся браслеты, зверушки и транспорт, светильники, палочки и многое другое.
Какие же бывают мягкие музыкальные игрушки? Большинство таких игрушек, как правило, представляют собой мягкую игрушку, которая работает на батарейках, и способна при определенных действиях, либо издавать звуки, либо петь песенку, либо повторять произнесенные слова.
Первая категория музыкальных мягких игрушек самая простая - внутри находится электронное устройство, которое может воспроизводить небольшой отрывок детской песни, или может говорить какие-нибудь фразы. Такие игрушки могут также быть более сложными - например, могут иметь встроенный механизм, который заставляет игрушку двигать лапками или ходить, хлопать в ладоши и так далее.
Второй вариант детских мягких музыкальных игрушек это так называемые "повторюшки", которые записывают сказанную фразу или музыкальный фрагмент и потом воспроизводят их.
Но самые сложные мягкие музыкальные игрушки, относятся к разряду обучающих развивающих игрушек. Внутри таких игрушек находится программируемый плеер, который имеет сменный носитель (флешку) на который можно записать детские песни, сказки, стихи, и даже уроки иностранного языка для малышей. Управляется такая игрушка легко - одно нажатие на одну лапку включает воспроизведение, два нажатия - паузу, одно нажатие на вторую лапку включает перемотку вперед, два - назад, и так далее, возможны и другие варианты.
На сегодня есть и еще одна категория мягких музыкальных игрушек, которые пока что малодоступны из-за их высокой цены - такие игрушки представляют собой целый компьютер - робот, и могут управляться голосом, они видят вас, могут передвигаться, говорить, петь, и многое другое. Однако стоят они очень дорого, и возможно получат широкое распространение только в будущем.
1.8Магнитные игрушки
Это магнитные шашки и шахматы, магнитные буквы и цифры, магнитный конструктор, магнитная рыбалка, магниты на холодильник, магнитная доска. В этих игрушках используется свойство магнитов притягивать к себе некоторые железосодержащие материалы.
Магни́т— тело, обладающее собственным магнитным полем. Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном— фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).
Магни́т на холодильник — элемент декора, сувенир на магнитной основе, как правило, прикрепляемый к кухонной бытовой технике. Благодаря специальной конструкции, называемой магнитная сборка Халбаха, магнитное поле с лицевой стороны магнита практически отсутствует и удваивается с оборотной
Магнитная доска для рисования позволяет маленькому художнику создавать картины, используя магнитную ручку. Для очистки экран для нового рисунка предусмотрен специальный рычажок, который надо переместить вдоль поля доски. В комплект входит доска, пластмассовый карандаш, магнитные штампики. В основном доски делают из стального листа с различным покрытием - эмаль, специальная маркерная плёнка, лаковое покрытие.
1.9 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.
Для того, чтобы рассмотреть и понять устройство калейдоскопа мы должны вспомнить основной закон геометрической оптики: закон отражения света. Представьте, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности (нормалью) и исходным лучом называется углом падения, а угол между нормалью и отраженным лучом - углом отражения.
Закон отражения света гласит: отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения (рис.1)
Рис. 1. Закон отражения света (α = β)
α – угол падения
β – угол отражения
Мы знаем, что лучшими отражающими свойствами обладает белая поверхность. Но ничуть не хуже отражает свет поверхность зеркальная. Эти поверхности отражают почти все падающие на них лучи, но делают это по-разному. Причина различия в способах отражения белой и зеркальной поверхности кроется в фактуре самих поверхностей. Белое отражение дает шероховатая поверхность, а зеркальное - гладкая поверхность.
Именно принцип отражения света от зеркальной поверхности лежит в основе работы калейдоскопа.
Глава 2.
Анкетирование в школе.
Всё исследование проводилось в два этапа.
Первый этап - изучение учебной, справочной литературы по теме проекта, составление примерного плана, написание работы, выводы, результаты исследования.
Результаты этого этапа работы мной изложены в главе 1.
Второй этап - проведение опроса учеников нашей школы, с целью вспомнить, какими игрушками они играли в детстве, исследовать, а знают ли они какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.
Исследование проводилось среди обучающихся 7, 9-11 классов МОБУ «Зеленецкая СОШ» (опрошенных 33 человека) (приложение № 2), результаты анкетирования представлены в приложение №3.
Они показали, что большая часть опрошенных знают принципы работы детских игрушек. По результатам анкетирования оказалось, что большинство детей также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве.
Изготовление игрушки
2.2.1. Игрушка «Медуза»
А вот перед вами корабль (приложение №4 фото 1).При каких условиях он будет плавать?
Если выталкивающая сила будет больше силы тяжести.
А вот ещё одна плавающая игрушка – это медуза (приложение №4 фото 2-8).
Для изготовления медузы я использовал следующее оборудование:
1) пластиковая бутылка
2) клей-пистолет
3) ножницы
4) свеча
5) нитки, атласные ленты.
Из пластиковых бутылок получаются отличные медузы. Маленькие медузки получаются из бутылок из-под воды самого маленького объема. Для этого отрезаем часть бутылки ближе к дну (фото 3) и крутим края над свечой, пока они не загнутся внутрь (фото 4). Дальше отрезаем ленточки, нитки, тесемки нужного цвета и размера, завязываем один конец в узел и этот узел приклеиваем внутрь головы медузы (фото 5-6). Лучше всего это делать с помощью клея-пистолета Медуза готова (фото 7-8).
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 401; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!