Индивидуальный - проект «Игрушки на уроках физики»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

средняя школа №2 г. Котельниково

Авторы проекта: ученики 10 класса Фроликова Е., Тагиев Н Учитель-консультант Ермилова Н.В.

2020 – 2021 учебный год

Содержание

Введение

Актуальность, цели и задачи проекта………..…..3

Гипотеза……………………………………………………………4

Деление игрушек по группам………………………….5

Игрушки – неваляшки и балансиры…………………6

Гироскопические игрушки………………………………..9

Инерционные игрушки……………………………...........10

Заводные игрушки………………................................11

Звуковые игрушки………………………………………………12

Электрические игрушки……………………………………..14

Магнитные игрушки…………………………………………….17

Игрушки, действие которых основано на законах оптики………………………………………………………………….18

Плавающие игрушки…………………………………………….20

Практическая работа……………………………………………..22

Опрос………………………………………………………………………22

Создание игрушек…………………………………………………….26 Вывод……………………………………………………………………….29

Список использованной литературы……………………….30

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 нашла в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.

Актуальность:

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:

Рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек. Заинтересовать учащихся младших классов предметом-физика.

Задачи:

• Вспомнить, какими игрушками мы играли в детстве.

• Классифицировать игрушки по принципу действия.

• Показать игрушки не как забаву, а как физику.

• Показать физику не как науку, а как забаву.

• Изготовить игрушки, действие которых основано на законах физики.

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.

Деление игрушек по группам

Название группы	Виды игрушек
Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления	Надувные “спасательные” круги , кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки - уточки, лягушки и т.д., водяные пистолеты
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести	Кукла-неваляшка, бабочка-балансир, кукла, с закрывающимися глазами, клоун на проволоке
Гироскопические игрушки	Юла, волчок
Инерционные игрушки	Автомобили, самолеты
Заводные игрушки	Машины, зверюшки, железная дорога, заводная лодочка с гребцом
Звуковые игрушки	Погремушки, свирель, пищащие игрушки, говорящие куклы
Электрические и магнитные игрушки	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.

В своей Практической работе я рассмотрю игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести и гироскопические игрушки.

Игрушки – неваляшки и балансиры

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.

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.

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.

Электрические игрушки

Это различные интерактивные, светящиеся, летающие, музыкальные, радио игрушки, робоигрушки. Внутри этих игрушек батарейки - химические источники тока. Электрический ток оказывает различные действия: тепловое, магнитное, механическое.

Пример игрушки с использованием статического электричества – султан.

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 мало доступны 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.

Магнитные 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.

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.

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.

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

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.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающимися сосудами принято считать сосуды, объединенные ниже уровня жидкости, таким образом, что жидкость сможет перемещаться из одного сосуда в другой. Основываясь на равновесии жидкости выводим закон сообщающихся сосудов: однородная жидкость устанавливается в неподвижных сообщающихся сосудах так, что давление во всяких местах, выбранных на одной горизонтальной поверхности, будет величина одинаковая.

Практическая работа

Создание игрушек

1. Бабочка – балансир.

Для создания этой игрушки нам понадобится:

1. Бумага

2. Ножницы

3. Склепки

4. Скотч

Ход работы:

1. Сложить лист бумаги пополам.

2. Нарисовать половину бабочки, на половине листа.

1. Не разворачивая лист, вырезать половину бабочки.

1. Взять скрепку, разогнуть её, как показано на фото.

2. Приклеить скотчем к бабочке, посередине.

3. Проверить, работает ли балансир, если нет, дополнительно уравновесить его с двух сторон скрепками.

4. Балансир готов!

Если мы будем на одном пальце держать нас балансир на скрепке, то бабочка не упадёт, что бы мы не делали.

1. Сообщающиеся сосуды

Для создания игрушки нам понадобится:

1. Пластиковые стаканчики

2. Коктейльная трубочка

3. Клей или пластилин

4. Ножницы или дырокол.

Ход работы:

1. На расстоянии 1 – 2 сантиметров от дна стаканчика, проделать отверстие. Повторить с оставшимися стаканчиками.

1. Соединить стаканчики друг с другом через отверстия с помощью трубочки.

2. Заклеить отверстия по краям клеем или пластилином, чтобы вода не просочилась наружу.

1. Сообщающиеся сосуды созданы!

Когда в один из стаканов мы наливаем воду, то другой стакан тоже наполняется. В результате в обоих стаканчиках уровень воды будет одинаковый.

Вывод

В своей работе на примере простых игрушек, которые есть в любом доме, где только живут дети, мы показали, 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.

В результате была выделена классификация игрушек. Мы показали игрушки не как забаву, а как физику и физику не как науку, а как забаву. Исследовали, а знают ли ученики нашей школы, какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

Результаты анкетирования показали, что большая часть опрошенных знают принципы работы детских игрушек, и большинство также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве.

Мы изготовили лишь несколько игрушек, объяснив их принцип действия. Данную работу можно продолжить. Изучение принципа действия игрушек показало нам, что законы физики находят широкое применение. Сделанные игрушки можно использовать во внеклассной работе для демонстрации занимательных опытов, а так же на уроках физики. А главное пригласив учащихся 4-х классов, мы доказали и показали ребятам, что такая сложная наука физика, очень увлекательна. Все ребята сказали, что с удовольствием будут ждать, когда они станут учить этот предмет.

Д емонстрируем звуковые, электрические игрушки.

Знакомим ребят с сообщающими сосудами.

Изучаем прибор "Султанчик"

Изготавливаем и проверяем работу "Бабочки-балансира"

Список использованной литературы

• Нестеров Н. В часы досуга. – Ленинград: Государственное издательство детской литературы Министерства просвещения РСФСР, 1961.

• Ола Ф. и др. Занимательные опыты и эксперименты. – М.: Айрис-пресс, 2007.

• Ральперштейн Л.Я. Занимательная физика. – М.: РОСМЕН, 2000.

• Сикорук Л.Л. Физика для малышей.

• Том Тит. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/пер. с франц. М., Издательский Дом Мещерякова, 2008.

• Физика. 7 кл.., 8 кл, 9 кл. учеб. для общеобразоват. учреждений/Ф. В. Перышкин., Е. М .Гутник. - 17 изд-е, стеоретип. м. : Дрофа, 2012.

• Хилькевич С. С. Ю. "Физика вокруг нас", Библиотечка "Квант", выпуск 40, Москва, Наука, 1985.

Интернет-источники:

• http://class-fizika.narod.ru/

• http: project1september.ru/works/

• http://leopold-baby.com/

• http://interactivetoys.ru/

• class – fisika.narod.ru/von9.htm

12