Маятник - художник

Районный конкурс исследовательских работ и проектов детей

младшего и среднего возраста «За страницами учебника»

Маятник - художник!

исследовательская работа по физике

Автор: Шумейко Дарья, ученица 7 «б» класса

МОУ «Шерагульская СОШ»

Руководитель: Лыткина Виктория Викторовна,

учитель физики, первая квалификационная

категория МОУ «Шерагульская СОШ»

г. Тулун 2023

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………3-4

1.1. Почему я выбрала эту тему?.............................................................3

1.2. Актуальность ………………………………………………………….4

2. Основная часть…………………………………………………………5-8

2.1. История создания маятника Фуко………………………………….5-6

2.2. Живопись с помощью маятника……………………………………7-8

3. Практическая часть…………………………………………………..9-10

4. Заключение……………………………………………………………...11

5. Библиографический список…………………………………………....12

6. Приложение………………………………………………………….13-16

1. Введение

   1. Почему я выбрала эту тему?

На уроках физики мы знакомились с понятием время и рассматривали различные виды часов. Меня заинтересовали маятниковые часы, и я решила узнать, где еще можно применить маятник?

Родителям часто советуют рисование краской для того, чтобы развить у детей чувство цвета и моторные навыки, поэтому у большинства дома есть различные краски: детская цветная гуашь, акварель. Но если обычные рисунки уже надоели и ребёнку, и вам, то можно соединить краску с простым самодельным маятником и попробовать новую технику рисования гуашью.

Цель работы: рисование картин с помощью маятника, изготовленного в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить информацию по данной теме.

2. Изучить технологию создания маятника для рисования.

3. Описать и изготовить маятник в домашних условиях.

4. Нарисовать картины с помощью маятника.

Таким образом, объектом моего исследования являются колебания тела на нити, а предметом исследования – фигуры, нарисованные с помощью маятника.

Гипотеза: если изготовить маятник в домашних условиях, то его можно применять не только для рисования, но и на уроках физики.

1. Актуальность темы

Если говорить об искусстве, то на ум никаким образом не приходят часы. Но ведь мы говорим о маятниках. Бьорн Кирш, художник из Саарбрюккена (Германия), использует специальный маятник именно для творчества. Пока краска льётся из мягко раскачивающейся конструкции, 45-летний мужчина крутит и поворачивает холст, в результате чего получаются геометрические картины с узорами, порой довольно сложными. На создание некоторых творений мастер тратит до двух недель, ведь ему необходимо тщательно спланировать очередной узор и нанести его на холст, слой за слоем (Приложение рис. 1).

О существовании маятника я так же узнала из просмотра телепередачи «Галилео», в которой и увидела модель маятника, изготовленного умельцами программы. Я решила проверить, смогу ли сама изготовить подобную работающую модель. Для этого я собрала и изучила информацию из различных источников: книги, СМИ, Интернет. При изучении информации одним из маятников, который меня заинтересовал, был маятник Фуко.

Но знакомство с маятником по физике будет только в 9 классе, а мне стало это интересно сейчас, и я решила создать свои шедевры с помощью такого маятника и красок.

2. Основная часть

2.1. История создания маятника Фуко

Наблюдать за качаниями светильников в соборе, оказывается, любил не только Галилей. Эту страсть он передал и своему ученику Винченцо Вивиани. В 1660 г. в отличие от Галилея он обратил внимание на другую особенность колебаний маятника на длинной нити. [2]

Оказывается, плоскость их качаний постоянно отклоняется, причем всегда в одну и ту же сторону – по часовой стрелке, если смотреть на маятник сверху вниз. А в 1664 г. ученый из города Падуи Джованни Полени связал это отклонение с вращением Земли – дескать, Земля вращается, а плоскость колебаний маятника как была, так и остается. Вот и наблюдается это стоящими на Земле людьми как отклонение плоскости качаний маятника. [7]

Но оказывается, это свойство маятника было известно и вездесущим древним. Действительно, новое – это хорошо забытое старое. Вот что писал по этому поводу в своей «Естественной истории» римский ученый Плиний Старший, живший в I в. н. э.: «Есть возможность устроить компас без магнита. Для этого нужно взять маятник и заставить его качаться по определенному направлению. При поворотах корабля маятник будет сохранять в своих качаниях заданное ему направление». [1]

Первые опыты с маятником Фуко провел в погребе своего дома в Париже. К вершине свода погреба он прикрепил двухметровую проволоку из закаленной стали и подвесил на ней пятикилограммовый латунный шар. Отведя шар в сторону, зафиксировав его с помощью нити возле одной из стен, Фуко пережег нить, предоставив маятнику возможность свободно качаться. И уже через полчаса он стал свидетелем вращения Земли (Приложение рис. 2).

Это произошло 8 января 1851 г. А спустя несколько дней Фуко повторил свой опыт в Парижской обсерватории по просьбе ее директора, знаменитого французского ученого Араго. На этот раз длина проволоки составляла уже 11 м. И отклонение плоскости качания маятника было еще заметней.

Об опыте Фуко заговорили повсюду. Всем хотелось своими глазами увидеть вращение Земли. Дело дошло до того, что президент Франции принц Луи-Наполеон решил поставить этот опыт в поистине гигантских масштабах, чтобы демонстрировать его публично. Фуко было предоставлено здание парижского Пантеона с высотой купола 83 м. [8]

24 февраля 2011 года модель маятника появилась в Киеве. Он установлен в Киевском политехническом институте (Приложение рис. 3). Шар из бронзы весит 43 килограмма, а длина нити составляет 22 метра. Киевский маятник Фуко считается самым большим в СНГ и одним из самых крупных в Европе.

12 июня 2011 года открылся Московский планетарий, где установлен действующий маятник Фуко с длиной нити 16 метров, массой шара - 50 килограммов (Приложение рис. 4).

8 февраля 2012 года открылся Новосибирский астрофизический комплекс, включающий в себя башню Фуко с маятником, длина нити которого 15 метров.

Действующий маятник Фуко c длиной нити 20 метров имеется в Сибирском федеральном университете (Красноярск).

Действующий маятник Фуко, массой 12 килограммов и длиной нити 8,5 метров, имеется в Волгоградском планетарии.

Действующий маятник Фуко в настоящее время есть в Санкт-Петербургском планетарии. Длина его нити — 8 метров.

Всего в мире моделей маятников Фуко около двадцати, в том числе в США, Франции, Румынии, Австралии, Кувейте и других странах. [9]

2.2. Живопись с помощью маятника

Ма́ятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения. Во многих случаях трением можно пренебречь.  Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную и обратно!

Маятник – это, в общем смысле, любое тело, совершающее колебательные движения. Он может быть математическим или физическим. Обычно разницу между этими маятниками иллюстрируют так: математический маятник – это груз, подвешенный на нить (веревку) при условии того, что можно пренебречь его массой и размерами, натяжением нити, также чаще всего углом наклона маятника по отношению к стартовой позиции, но главное – потерями энергии в окружающую среду. Таким образом, математический маятник будет продолжать колебаться вечно. В свою очередь физический маятник – это пружина, последовательно сжимающаяся и разжимающаяся на определенное количество сантиметров. Очевидно, что все объекты в экспериментах будут являться физическими, но для удобства расчетов некоторые из них можно будет представить как математические.

Маятник Фуко помог мне определиться с темой моей работы. [10]

Как я писала выше, Бьорн Кирш, художник из Саарбрюккена (Германия), на создание некоторых творений тратит до двух недель, ведь ему необходимо тщательно спланировать очередной узор и нанести его на холст, слой за слоем. Можно по-разному относиться к такому абстрактному творчеству, но неинтересным и неоригинальным его точно не назовёшь.

Ученый Леон Фуко придумал маятник, с помощью которого можно продемонстрировать суточное вращение Земли вокруг своей оси. А художник Том Шеннон придумал маятник, с помощью которого можно творить картины. Казалось бы, принцип действия тот же, а такие разные функции…[11]

Современные художники отличаются тем, что постоянно ищут, а некоторые даже находят, новые способы организации художественного процесса. Том Шеннон, к примеру, научился рисовать при помощи огромного маятника. И у него даже вполне неплохо это получается!
К маятнику собственной конструкции Том Шеннон приделал несколько емкостей с красками разных цветов. Во время творческого процесса он запускает этот маятник по определенным траекториям, а краски сила притяжения сами создают картины, под которыми Шеннон потом подписывается.
И, самое удивительное, у Тома часто получается не полная художественная белиберда, а вполне интересная современная живопись. Так сразу и не скажешь, что сделаны эти необычные картины при помощи маятника.
Ведь часто получаются вполне узнаваемые образы – птицы, рыбы, цветы и многое другое. Природа раз создала всю эту красоту и разнообразие, и природа снова сама создает их, но уже при помощи красок. Ну и, конечно, при помощи Тома Шеннона и его удивительного творческого метода

(Приложение рис. 5, 6).

Вот и я решила, стать частью этого творческого процесса и попробовать создать свой мини шедевр с помощью маятника и красок в домашних условиях.

Экспериментируя с маятником, я заметила, что если его толкнуть не вниз, а, например, вбок, то груз (например стаканчик) будет не колебаться, а вращаться по кругу или овалу.  Я узнала, что такие колебания называются  сложными. Они получаются, когда грузик (стаканчик) начинает колебаться сразу по разным направлением с разным временем одного колебания. И интересней они получаются, когда в одном направлении уже начались колебания, а в другом—немного отстали. 

Оказывается, существует  таблица таких колебаний (Приложение рис. 7).

3. Практическая часть

Нам понадобится

• Много ненужной бумаги (для защиты окружающего пространства от попадания краски);

• Небольшая пластиковая воронка (чем меньше будет ваш холст, тем меньше должно быть горлышко воронки);

• Крепкая веревочка или нить;

• Любой скотч;

• Гуашевые краски одного или нескольких цветов;

• Разведенный водой крахмал;

• Ножницы;

• Небольшая емкость;

• Бумага;

Ход эксперимента

1. Прежде чем начать надежно защитите все поверхности и вещи в радиусе пары метров бумагой.

2. Отрежьте достаточно длинный кусок нити и приклейте ее конец к верхней, самой широкой части воронки. Затем закрепите еще две нити примерно на одинаковом расстоянии друг от друга так, чтобы общая длина конструкции была равна 50-55 см. При необходимости свяжите или соедините скотчем свободные концы нитей – так их будет проще держать в руке (Приложение рис.8-9).

3. В отдельной емкости смешайте разведенный крахмал и гуашь так, чтобы получить менее густую текучую жидкость достаточно плотного и яркого цвета. Будьте осторожны с количеством и по возможности доливайте краску или крахмал медленно, постоянно помешивая и следя за консистенцией смеси (Приложение рис.10).

4. Положите на пол один большой или несколько маленьких листков белой бумаги, которые будут служить вам холстом.

5. Аккуратно закройте горлышко воронки пальцем и залейте краску внутрь. Не торопитесь и следите за тем, чтобы краска не проливалась.

6. Запустите воронку как маятник и позвольте ей свободно раскачиваться, проливая краску на холст (Приложение рис.11).

7. Когда воронка закончит свое движение, вы можете залить в нее новую краску и продолжить рисовать на новом или уже использованном холсте.

8. После пробных экспериментов, я решила провести его на более устойчивой конструкции: штатив от фотоаппарата, который я взяла дома и вместо пластикового стаканчика взяла бутылку (Приложение рис.13-22).

Выполнив свои рисунки краской, я поняла, что это не очень просто, т.к. требуется подобрать консистенцию раствора краски и крахмала (Приложение рис. 12).

Но, я подумала, а если вместо красок взять песок или соль, и поэкспериментировать с ними. Для песка оставить можно белую бумагу, а для соли понадобится черная ткань. Получилось здорово.

1. Заключение

В результате этого простого опыта на листке образовываются красивые узоры, которые могут напоминать изображение траектории движения в эксперименте с маятником Фуко. Для большего разнообразия вы можете выбрать другую воронку, изменить длину или траекторию маятника, а также попробовать использовать в качестве наполнителя не краску, а цветной или даже обычный песок, соль, клей или любые смеси из этих материалов.

Работая над темой своего реферата, и изготовляя маятник для рисования картин, я считаю, что время мной было потрачено не зря. Я больше узнала о маятнике как о физическом приборе. [13]

Вы спросите: «Для чего я это делала, если уже есть великие художники. Которые представили всему миру свои шедевры?» «Для чего изобретать велосипед, если он уже изобретен» - скажите вы. Многие люди своими руками собирают велосипеды, и даже машины и не только потому, что они не в состоянии их приобрести. Мне кажется, дело в том, что им интересен сам процесс создания. Так и мне стало интересно своими руками изготовить маятник и создать свой мини шедевр.

Знакомясь с соответствующей литературой, я обратила внимание на их простоту и оригинальность. Например, обычная картонная коробка или пластиковая трубка, могут служить основанием для стойки, где будет прикрепляться маятник.

Работа над созданием самодельного маятника я доказала, что его можно изготовить и в домашних условиях. Было интересно убедиться в том, что мы можем наблюдать всю красоту мира в одной картине.

Собранный материал и изготовленный маятник могут быть использованы как на уроках физики для демонстрации одноклассникам, так и во внеурочной деятельности, например, в рамках «Недели естественных наук», на занятиях предметного кружка. Очень надеюсь на то, что они заинтересуются результатами и захотят сами изготовить и сотворить уже свой шедевр.

1. Библиографический список
   
   

1. Верин А. Опыт Фуко. М.: Л. ГТТИ, 1934г

2. Нурбей В. Г. "Удивительная физика", 2005г

3. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Физика и астрономия. 7 кл. – М.: Просвещение, 1999 г

4. Перышкин А.В. Физика. 9 кл. – М.: Дрофа, 2008 г

5. Храмов Ю.А. "Физики". Биографический справочник. – М.: Наука, 1983 г

6. Энциклопедия Кольера. — Открытое общество, 2000 г

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%8F%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA_%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%83%D0%BA%D0%BE,_%D0%96%D0%B0%D0%BD_%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%80_%D0%9B%D0%B5%D0%BE%D0%BD

9. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/FUKO_ZHAN_BERNAR_LEON.html

10. https://pandia.ru/text/82/292/82060.php?ysclid=leldtj1w74359394256

11. https://dzen.ru/a/Ycnac2z5K3Tnwo1-

12.

https://dzen.ru/a/Ya5vlRsndxegGwhI

13.(https://seminar55.ru/radio_engineering/alternativnaa-shema-kacausegosa-maatnika.html

1. Приложение