Проект "Физика в детских игрушках"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Колонтаевская средняя общеобразовательная школа»

Льговского района Курской области

«ФИЗИКА В ДЕТСКИХ ИГРУШКАХ»

Выполнил: Попов Вадим,

ученик 7 класса

Руководитель: Сикачёва И.В.

учитель физики

МБОУ «Колонтаевская СОШ»

П. Колонтаевка, 2018 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Введение. ………………………………………………………………………… 3

II. Основная часть. Детские игрушки и физика.

2.1. Деление игрушек по группам……………………………………………….... 4

III. Использование условия равновесия тел в игрушках

3.1 Условия равновесия тел……………………………………………………….. 5

3.2 Виды равновесия тел………………… ……………………………………….. 7

3.3 Устройство и принцип работы неваляшки…………………………………… 9

3.4 «Продвинутые» варианты ваньки-встаньки………………………………….10

3.5 Неваляшка в «деле»……………………………………………………………12

3.6 Бабочка ……………………………………………………………….13

IV. Игрушки действие которых основано на существовании Архимедовой силы……………………………………………………………………………….. 16

5.1 Не утонет в речке мяч………………………………………………………… 17

5.2 Картезианский водолаз……………………………………………………….. 17

5.3 Плавающий подсвечник……………………………………………………… 18

VI. Анализ анкет учеников МБОУ «Колонтаевская СОШ»…………… 19

VII.Заключение.…………………………………………………………………. 21

VШ. Использованные источники ……………………………………………...22

IX.Приложение. Анкета «Физика в играх» …………………………………...23

Введение.

Актуальность:

Игрушки с самого рождения окружают нас, 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 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.

Объект исследования:

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 движение любой игрушки можно объяснить с помощью физических и механических законов. Моя работа объединяет развлекательную тему – игрушки, и увлекательную – физика.

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. Поэтому

целями моей работы я обозначил:

1.Показать игрушки не как забаву, а как физику.

2.Показать физику не как науку, а как забаву.

3.Объяснить принцип действия игрушек на основе законов физики.

4.Исследовать, а знают ли ученики нашей школы (7-11 классы), какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

Я хочу вам рассказать об устройстве и действии некоторых из них, используя теоретические знания по физике

Деление игрушек по группам

Почти все знакомые нам игрушки можно объединить в определённые группы на основе принципа их работы.

Конечно, все виды игрушек я рассмотреть сегодня не смогу. Сегодня я буду говорить о тех игрушках, принцип действия которых мне, ученику 7 класса, уже понятен.

И начну с игрушек, с которыми мы любили играть, когда нас мамы купали в ванне. Об этих игрушках лучше не скажешь:

Ветер по морю гуляет и кораблик подгоняет.

Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.

Кто автор этих строк? А вот ещё:

Наша Таня громко плачет: уронила в речку мячик.

Тише, Танечка, не плачь, не утонет в речке мяч.

А эти стихи кто написал?

Я расскажу вам о плавающих игрушках. А чтобы вы поняли, как они действуют, продемонстрирую вам некоторые несложные опыты.

Плавающие игрушки

Наша Таня громко плачет:
Уронила в речку мячик.

Тише, Танечка, не плачь,

Не утонет в речке мяч.

ПОЧЕМУ он не утонет?

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?

Оказывается, на все тела, погружённые в жидкость или газ, действует выталкивающая сила. В существовании выталкивающей силы легко убедиться на опыте.

Опыт №1 Для этого прикрепим небольшой груз к динамометру. Измерим вес груза, а затем опустим груз в стакан с водой. Динамометр показывает меньший вес, пружина его сжимается, потому что со стороны воды на груз действует выталкивающая сила.

Величина её зависит от плотности жидкости и объёма вытесненной телом воды. В этом можно убедиться на следующем опыте.

Опыт № 2 Возьмём яйцо. В воде оно тонет. Будем подсыпать соль в воду. Плотность жидкости будет увеличиваться, когда плотность воды и плотность яйца сравняются, то яйцо начинает плавать в воде.

Опыт №3 А вот перед вами корабль. При каких условиях он будет плавать?

Если выталкивающая сила будет больше силы тяжести.

А вот ещё одна плавающая игрушка – это медуза.

Медузы. 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 и крутим края над свечой, пока они не загнутся внутрь. Дальше отрезаем ленточки, нитки, тесемки нужного цвета и размера, завязываем один конец в узел и этот узел приклеиваем внутрь головы медузы. Лучше всего это делать с помощью клея-пистолета Медуза готова.

Неваляшки

«Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести».

.Опыт№5. Возьмём линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно передвигалась. Будем менять положение петли, чтобы линейка пришла в равновесие. В этом случае говорят, что она подвешена в центре тяжести.

Опыт №6. Центр тяжести есть у любого тела: у круга, треугольника и т.д. (показывают фигуры на нитках). Вы и сами можете найти центр тяжести у любой фигуры, физика может вам помочь, было бы желание.

Опыт №11. Если шарик лежит на плоскости, то такое равновесие называют безразличным. Если шарик поместим на выпуклую поверхность, то его равновесие будет неустойчивым, шарик будет «стараться» занять такое положение, при котором его центр тяжести понижается, то есть шарик будет скатываться вниз. А на вогнутой поверхности положение его центра тяжести самое низкое – наблюдается устойчивое равновесие. (Демонстрируют устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесие)

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 (рис.1) или  клоунов. Такого Ваньку вытачивали на токарном станке из липы, в нижнюю часть вставляли свинцовый груз и раскрашивали яркими красками.

Рис. 1. «Кувыркан», изображающий купца

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 этого нам понадобится: Яйцо, несколько тяжелых мелких предметов (гаек, винтиков, металлических шариков), свеча.

Ход работы:

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 утяжелитель.

3. 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.

Неваляшка в «деле»

Эффект неваляшки находит в быту свое применение.

Вот такая детская кружка «неопрокидывайка», в которой соска не будет валяться на столе (рис.27)

Рис. 2. Кружка «неопрокидывайка»

Часы, которые всегда будут занимать вертикальное положение (рис.28)

Рис. 3. Часы «неваляшки»

Или утюг, который сложно забыть на дорогом платье, потому что он поднимается в нерабочее положение, стоит лишь его выпустить из руки (рис.29).

Рис. 4. Утюг «неваляшка»

А вот необычный чехол для мобильника (рис.30), который сложнее потерять в окружающем пространстве, потому что он, как поплавок, стремится занять вертикальное положение.

Рис. 5. Чехол для мобильного телефона,

стремящийся всегда занять вертикальное положение

А вот ещё одна из игрушек, действие которой объясняется понижением их центра тяжести.

Бабочка-балансир .

При всей простоте изготовления, бабочка эта не простая, а волшебная! Она умеет на лету держаться своим хоботком и не падать. Секрет такого ее поведения прост: как и у всех подобных игрушек-балансиров, центр тяжести этой конструкции находится под опорой, на которой стоит хоботок. Поэтому бабочку никуда не "перевешивает" и она легко удерживается в таком положении устойчивого равновесия.

Для изготовлении бабочки нам понадобится:

1. Половина листа от офисной бумаги формата А4

2. Канцелярские скрепки - 5 шт. 

3. Скотч

Ход работы:

1. Рисуем на бумаге бабочку (форма крыльев роли практически не играет), раскрашиваем ее и вырезаем по контуру. 

После того, как бабочка готова, делаем ей хоботок: берем одну из скрепок, разгибаем ее. С одного конца должен остаться  "носик" в виде буквы "Г". С другого делаем петельку так, чтобы она оказалась в перпендикулярной плоскости по отношению к "носику". Петелька нужна затем, чтобы было легче приклеивать скрепку к бабочке и чтобы она не проворачивалась потом в процессе эксплуатации.

3. А теперь крепим хоботок с помощью скотча на тельце бабочки.

4. Большинство детей думают, что этого уже достаточно, чтобы бабочка сидела на пальце. Это сделать невозможно - бабочка падает вниз. Надо что-то придумать, чтобы уравновесить бабочку. Для этого нам и понадобятся остальные скрепки. Когда мы прицепим скрепки на кончики крыльев, они отвиснут вниз - и бабочка теперь будет сидеть ровно. Это все равно, что уравновесить весы - теперь с обоих сторон от пальца, на который опирается кончик хоботка, вес равный. Поэтому бабочка и балансирует на опоре.

«Гироскопические игрушки»

Хоть названье и мудрёное,
Все игрушку эту знают.
И не только дети, взрослые,
С удовольствием играют.
Может петь, как сверчок,
Как зовут её? Волчок.
Разноцветна и мила,
Можно звать её Юла.

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.

Такие свойства широко используют в цирке. Бросая в воздух ножи или шары, жонглёр придаёт им вращение вокруг продольной оси. Благодаря этому предметы приобретают устойчивость, и это «помогает» артисту показывать эффектные номера.

Это же свойство широко используют и спортсмены. Чтобы волейбольный мяч двигался строго в желаемом направлении, ему сообщают вращение. Дискоболы, метая диск, тоже придают ему вращение вокруг его оси симметрии. Поэтому диск в течение всего полёта сохраняет плоскость своего вращения неизменно под одним и тем же углом к горизонту, уменьшая вредное воздействие сил сопротивления и увеличивая дальность полёта.

VI. АНАЛИЗ АНКЕТ УЧЕНИКОВ

МБОУ «КОЛОНТАЕВСКАЯ СОШ»

После того, как я нашёл ответы на поставленные цели, мне стало интересно, а знают ли ученики 7-11 классов нашей школы, какие физические принципы лежат в основе работы детских игрушек. Я также захотел узнать, сколько учеников когда-нибудь этим вообще интересовались.

Результаты моего опроса показаны на графиках. Всего было опрошено 26 человек. Однако некоторые люди выбирали несколько вариантов ответов на один вопрос. Поэтому мы решили показать результаты в процентах, где за 100% мы взяли количество ответов на вопрос.

Мне было очень интересно узнать, как ответят на этот вопрос ученики нашей школы. Оказалось, что самая любимая игрушка в детстве у опрошенных была «неваляшка» (58%). На втором месте оказались мяч (15%) и погремушка(15%). А дудочку любили только 12% из опрошенных учеников .

Почти все из опрошенных учеников (80%) ответили правильно - в неваляшке действует принцип устойчивого равновесия. Всего 16% из опрошенных учеников предположили, что это движение по инерции, 4%, - что сила тяжести, а 0%, - что сила трения. Можно отметить, что даже если ученик ни разу не разбирал неваляшку, то логическое мышление у большинства развито и ответ выбирался верный.

Ответы на этот вопрос нас удивили. Большинство из опрошенных учеников разбирали в детстве игрушку, чтобы изучить ее внутреннее строение (58%) или, чтобы понять принцип ее работы (28%). Мы не предполагали в начале нашего опроса, что столько людей ещё в детстве интересовались этим. Никто из учащихся не злоупотребляли добротой своих родителей и не ломали игрушки, чтобы получить новую в подарок. Некоторым ученикам нашей школы (14%) игрушки просто не нравились, и они не видели другого выхода, как сломать её.

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.

Исследовать, а знают ли ученики нашей школы (7-11 классы), какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

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.

В практической части своей работы я исследовал, а знают ли ученики 7-11 классов МБОУ «Колонтаевская средняя общеобразовательная школа» принципы работы той или иной игрушки. Результаты анкетирования 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.

На примере простых игрушек, которые есть в любом доме, где только живут дети, 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.

1. http://class-fizika.narod.ru/van11.htm – ванька-встанька

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.

5. http://festival.1september.ru/articles/418063/ - игрушки действие которых основано на Архимедовой силе.

6. http://igrushka.kz/vip83/vorvet.php - воробей на ветке.

1. Какая игрушка тебе в детстве нравилась больше всего?

А) неваляшка

Б) погремушка

В) дудочка

Г) резиновый шарик

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