Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Проектно- исследовательская работа по физике "Физика в игрушках"

Проектно- исследовательская работа по физике "Физика в игрушках"



Внимание! Сегодня последний день приёма заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)


  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Введение.

С этого года, когда мы приступили к изучению нового предмета физики, и игрушки открылись для меня с новой, совершенно неожиданной стороны. 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, так как у меня две младшие сестры. Я нашел в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.

Поэтому я решил отразить мир физики через детские игрушки.

Актуальность 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.

Объект исследования - детские игрушки.

Предмет исследования - физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.

Методы исследования: поисковый обобщение, исследование опытным путём.

Задачи:

1.Собрать игрушки, имеющиеся дома и у знакомых, в детском саду, постараться «увидеть» их физическую суть.

2. Классифицировать игрушки по принципу действия .

3. Сделать презентацию "Физика в игрушках" для учеников нашей школы.





































1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

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.

http://fiziks.org.ua/wp-content/uploads/2009/07/polushar2.jpg

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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

Магни́ттело, 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 бозономфотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).

Магни́т на холоди́льник— 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

C:\Users\магазин\Pictures\200px-Fridge_Magnet_Halbach_svg.png

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.

8. Игрушки, растущие в воде

Рост игрушек объясняют следующие научные явления и законы: смачивание, влагопроницаемость, капиллярный эффект Адгезия (сцепление), влагоемкость, конденсация.

Поглощающий воду материал представляет собой смесь абсорбирующего каучука на основе акрила и этилен винил ацетат сополимера. Хрупкая скорлупа изготавливается из смеси пластика (например, полиэтилен или полипропилен) и карбоната кальция, например, слюдяного порошка или силиката магния (тальк). Игрушка из полимерного материала, увеличивающаяся в размерах при погружении в воду. Это синтетический сополимер, подобный полиэтилену, пластмассе, каучуку, но с большим расстоянием между молекулами. Эта особенность делает его эластичным и позволяет впитывать воду…».

Когда тело помещается в воду, молекулы воды начинают растаскивать молекулы этого тела в разные стороны, заполняя все свободное пространство Вода состоит из молекулы кислорода и двух молекул водорода. В жидком состоянии ее молекулы расположены на некотором расстоянии друг от друга. Это позволяет им свободно двигаться. Происходит процесс смачивания. Сма́чивание – это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью тела. С явлением смачивания очень тесно связано явление капиллярности. Силы притяжения, действующие между молекулами твёрдого тела и жидкости, заставляют её подниматься по стенке сосуда. таким образом у наших игрушек обнаружено ещё одно свойство - влагопроницаемость.

Влагопроницаемость - это способность тела пропускать воду. Я заметил, что на 2-3 день игрушки растут быстрее, т.к. вещество, из которого они состоят, становится менее плотным. Вывод: влагопроницаемостью обладают тела, пронизанные порами – капиллярами. По капиллярам вода может передвигаться во все стороны, даже снизу вверх. Чем выше капиллярность тела, тем выше ее влагопроницаемость. Вода «прилипает» к стенкам капилляров и как бы ползет вверх. Чем тоньше капилляры, тем выше поднимается вода. Мы взяли полимерную игрушку и губку, их сходство в том, что обе сделаны из полимера, имеют поры-капилляры. Опустили их в воду. Губка и игрушка стали наполняться водой. Полимерная игрушка медленнее наполнялась водой, а губка быстро. впитала воду. На наш взгляд, причина в том, что капилляры у губки шире. При этом игрушка стала увеличиваться в размере, а губка нет. Что позволяет игрушкам оставаться большими, не находясь в воде, в течение 2-3 дней? Это свойство влагоемкость. Влагоемкость – это способность тела удерживать воду. Вода заполняет все поры, препятствуя прохождению воздуха вглубь. Плотное тело хуже удерживает воду и обладает низкой влагоемкостью. .

9. Колыбель Ньютона

Колыбе́ль Ньютона (маятник Ньютона) - механическая система, придуманная Исааком Ньютоном для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот. В отсутствие противодействующих сил (трения) система могла бы действовать вечно, но в реальности это недостижимо.

Эту популярную игрушку-сувенир, придуманную английским актёром Саймоном Пребблом в 1967 году, а сегодня часто встречаемую на письменных столах в кабинетах и офисах, можно поместить и в музей физики. Можно бесконечно долго играть с ней, глядя на качающиеся шарики (как смотреть на текущую воду или огонь). Но знание того, что она иллюстрирует законы сохранения импульса и сохранения энергии не только не помешает, но и придаст особый смысл наблюдению.

Если отклонить первый шарик и отпустить, то его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а средние шарики будут покоиться. Если бы не было потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости, то колебания продолжались бы вечно, но они затухают, так как в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы.

Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Картина напоминает распространение упругой волны в твёрдом теле, то есть передачу упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества (например, звук).

Рассмотрим простой случай, когда движущийся шар сталкивается с таким же покоящимся шаром («Колыбели Ньютона» всего из двух шариков). Столкновение упругое и центральное (именно такое наблюдается в идеальной «Колыбели Ньютона»). Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого.

В колыбели Ньютона первый шарик передаёт импульс второму шарику и останавливается. Мы не видим, как второй шарик получает импульс от первого, не «видим» его скорость. Но, если присмотреться: шарик чуть заметно «вздрагивает», то есть он движется с полученной скоростью, но на маленьком пути «из-за тесноты». Но он успевает на этом коротком пути отдать импульс третьему шарику и остановиться. То же с третьим шариком и т. д. Последний шарик не имеет перед собой, кому передать свой импульс, поэтому свободно движется, поднимаясь на высоту h, затем возвращается, и всё повторяется в обратном направлении.

10. Игрушки на батарейках.

Это различные интерактивные. светящиеся, летающие, музыкальные, радио игрушки, робоигрушки. 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 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.

















Заключение

При выполнении этой исследовательской работы я узнал много нового, заинтересовался изучением физики и лучше стал в ней разбираться. Эта работа доступна людям всех возрастов, ведь для объяснения работы многих детских игрушек достаточно знаний школьного курса физики.

В результате исследования была выделена следующая классификация игрушек :

    1. Инерционные игрушки.

    2. Заводные игрушки.

    3. Плавающие игрушки в воде.

    4. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести.

    5. Звуковые игрушки.

    6. Гироскопические игрушки.

    7. Магнитные игрушки.

    8. Игрушки , растущие в воде.

    9. Колыбель Ньютона.

    10. Игрушки на батарейках.













Литература:

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

2. Сикорук Л.Л. Физика для малышей.

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

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

Интернет-источники:

1. http://class-fizika.narod.ru/

2. http: project1september.ru/works/

3. http://leopold-baby.com/

4. http://interactivetoys.ru/

5.

















15




57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)


Краткое описание документа:

С этого года, когда мы приступили к изучению нового предмета физики, и игрушки открылись для меня с новой, совершенно неожиданной стороны. 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, так как у меня две младшие сестры. Я нашел в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.

Поэтому я решил отразить мир физики через детские игрушки.

Актуальность 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.

Объект исследования - детские игрушки.

Предмет исследования - физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.

Методы исследования: поисковый обобщение, исследование опытным путём.

Задачи:

1.Собрать игрушки, имеющиеся дома и у знакомых, в детском саду, постараться «увидеть» их физическую суть.

2. Классифицировать игрушки по принципу действия .

3. Сделать презентацию "Физика в игрушках" для учеников нашей школы.

Автор
Дата добавления 27.02.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров2151
Номер материала 413489
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх