Игрушки для учебы по теме механика

Сценарий мастер-класса по физике:

«Игрушки для учебы: механика»

Продолжительность: 45 минут

Цель мероприятия: Рассказать об использовании физических явлениях и законах раздела механики на примере игрушек. Заинтересовать учеников к изучению физики.

Участники: ученики 5-9 классов

Этап урока	Деятельность учителя
Знакомство и введение (5 мин.)	Здравствуйте, ребята! Когда мы приступили к изучению нового предмета физики, игрушки открылись для нас с новой, неожиданной стороны. С детства начинается наше знакомство с физикой. Играя, мы не обращаем внимания на устройство работы игрушек, их физические явления и законы. Внимательно посмотрев на игрушки, которые в большом количестве есть в каждом доме. Мы нашли в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.
Постановка целей занятия (5 мин.)	Сегодня мы с вами познакомимся с 3 видами таких игрушек: 1.     Кукла-неваляшка (на центр тяжести) 2.     Непредсказуемый баланс (на силу рычага) 3.     Волчок (гироскопические игрушки) Наглядно изучим рассмотрим их работу и даже попробуем изготовить некоторые из них
Кукла-неваляшка (10 мин.)	Кукла-неваляшка: В игрушке центр тяжести расположен по центру таким образом, чтобы при падении она всегда стремилась занять вертикальное (стоячее) положение. Первые русские неваляшки, появившиеся на ярмарках в начале 19 века, назывались "кувырканами", они изображали купцов или клоунов. А если внутри подвешивали ещё и маленький бубенчик, то при качании раздавался мелодичный перезвон. «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.
Непредсказуемый баланс (10 мин.)	Непредсказуемый баланс – это игрушка, показывающая нам, что не стоит доверять всему, что мы видим, что необходимо проводить эксперименты и опыты, прежде чем принимать выводы. Механизм основан на принципах рычага, его относят к простым механизмам. Рычаг — это твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Самый простой пример рычага вы могли видеть в мультфильмах или фильмах: герой подставляет большую доску под камень, опирает ее на бочку или ведро, прикладывает силу к краю доски и поднимает камень. С помощью такой конструкции можно приподнять любой предмет, весь секрет только в расположении опоры (оси вращения) и правильном распределении усилия. Но главное назначение рычага — не быть в равновесии, а давать выигрыш в силе. Каким образом? Все дело в том, что на рычаг могут действовать разные по величине силы, и точки приложения этих сил располагаются на разном расстоянии от точки опоры. Правильно распределив силы и подобрав расстояние до опоры, можно поднять груз, вес которого намного больше, чем сила, приложенная для его подъёма. В каком случае рычаг находится в равновесии? Как необходимо расположить точки приложения сил, чтобы достигнуть этого состояния? Это условие было сформулировано еще много столетий назад. Рычаг будет находится в равновесии, если силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил: F1/F2=L1/L2, где F1 и F2 – приложенные к рычагу силы, L1 и L2 плечи сил F1 и F2 соответственно. ​ Представленная модель выполнена полой металлической трубы и шара наполненного водой. Также для наглядности и эстетичности были добавлены разметки из изоленты и пластиковые затычки с обеих сторон трубы, закрывающие внутреннее устройство игрушки.
Волчок (10 мин.)	Юла или волчок – это игрушка, вращающаяся вокруг своей оси, при этом сохраняющая и удерживающая опору в вертикальном положении. При уменьшении скорости вращения угол наклона уменьшается, и, в конце концов, при полной остановке он падает. Прообразом волчка является пластина конусообразной формы из рога или кости 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. Если понаблюдать за волчком, можно увидеть, что ось его колеблется, описывает конус. Это движение ученые называют прецессией. Происходит она вот отчего. Сделать волчок абсолютно точно невозможно. Какая-то сторона всё равно получается чуть тяжелее. При запуске поставить волчок совершенно ровно, прямо также не удаётся. Вот сила тяжести и вызывает колебания волчка. Прецессия была открыта более двух тысяч лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом. Он изучал расположение звёзд на небе и неожиданно обнаружил, что земной шар колеблется вроде волчка. Объяснить причину этого Гиппарх не мог. Но только много времени спустя английский учёный Исаак Ньютон понял, в чём тут дело. Земной шар чуть сплюснут. А поскольку Земля - гигантский волчок, вот ось его и ходит по конусу. Представленная модель выполнена из деревянной палочки и вырезанного из картона круг.
Подведем итоги урока (5 мин.)	Знакомство человека с окружающим миром начинается с общения с яркими и красивыми игрушками. Мир современных игрушек безграничен – они вращаются, движутся, звучат, светятся. Но главная их роль заключается в том, что игрушки должны развивать ребёнка, расширять его кругозор, побуждать желание узнать новое, непонятное. А физика как никакая другая наука помогает в этом. Во время сегодняшнего занятия мы узнали много нового, заинтересовались изучением физики и лучше стали в ней разбираться. На примере простых игрушек мы узнали, что физика - это не только наука о природе, а ещё законы, которые лежат в основе всех действующих тел, придуманных человеком. Мы рассмотрели игрушки не как забаву, а как физику и физику не как науку, а как забаву. Изучение принципа действия игрушек показало, что законы физики находят широкое применение.