Урок "Держи баланс!Будь в равновесии!"

МОБУСОШ п.Золоторёвка Секция: физика ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:   Выполнила: Дударкина Валерия                         ученица 10 класса Руководитель: учитель физики                            Городничева Анастасия Алексеевна                            . 2021г.

Содержание:

1.Введение……………………………………………………………….3.

2. Основная часть………………………………………………………..4.

3. Практическая часть…………………………………………………..8.

4. Заключение……………………………………………………………9.

5. Использованная  литература………………………………………...11.

1.     Введение.

Современное общество нельзя представить без социальных сетей. И я не исключение! Совсем не давно в TicTok прошел челленджер связанный с попытками повторить всевозможные виды баланса. Мне стало очень интересно, как можно это осуществить и как это можно объяснить! Какими такими сверх способностями  должен обладать человек, оказалось все просто! Разобраться в этом вопросе мне помог учитель физики. Все дело в равновесии!

Целью моей работы является: выяснить все возможные условия, при которых любое тело может находиться в равновесии и на занимательных опытах доказать, что даже самая на первый взгляд немыслимая конструкция может находиться в равновесии, если правильно установить центр её тяжести.

Задачи: изучить виды равновесий;

              установить условия, необходимые для равновесия тел;

             выяснить какое значение имеет состояние равновесия в жизни                       человека.

Если тело покоится, то говорят, что это тело находится в равновесии. Каким же образом можно добиться равновесия тел, так необходимого при создании машин, механизмов и различных конструкций.

Изучение условий равновесия тел имеет большое практическое значение для машиностроения, строительного дела, приборостроения и других областей техники.

Используя законы Ньютона, можно определить условие, при котором абсолютно твёрдое тело (в случае пренебрежения деформациями), будет находиться в состоянии равновесия.

Для равновесия тела необходимо и достаточно, чтобы геометрическая сумма всех сил, действующих на любой элемент этого тела, была равна нулю.

Нужно помнить о том, что у каждого тела можно определить  центр тяжести.

Центром тяжести тела называют точку приложения равнодействующей сил тяжести, действующих на отдельные части тела.

При любом положении тела центр тяжести его находится в одной и той же точке.

 Например, центр тяжести шара лежит в его геометрическом центре, у цилиндра он находится на середине линии, соединяющей центы его оснований, у параллелепипеда – в точке пересечения диагоналей. Иногда центр тяжести может находиться и вне тела. Например, у кольца он лежит на пересечении диаметров.

Положение центра тяжести может изменяться только при изменении относительного расположения частей тела.

 Виды равновесия.

Существуют три вида равновесия:

Безразличное равновесие.

Лежащий на горизонтальной поверхности цельный однородный или полый шар сам по себе (без воздействия посторонних сил) с места не сдвинется,   и   расстояние от точки опоры до центра тяжести будет всегда одинаково.

 Особым случаем является равновесие тела на опоре. В этом случае упругая сила опоры приложена не к одной точке, а распределена по основанию тела. Тело находится в равновесии, если вертикальная линия, проведенная через центр масс тела, проходит через площадь опоры, т. е. внутри контура, образованного линиями, соединяющими точки опоры. Если же эта линия не пересекает площадь опоры, то тело опрокидывается.

Устойчивое равновесие.

Чем ниже центр тяжести, тем сложнее опрокинуть предмет. Чтобы увеличить устойчивость машин, мотор устанавливается как можно ниже.

Если попытаться вывести тело из состояния устойчивого равновесия, то обязательно возникнет сила, возвращающая его в исходное равновесное состояние.

Шарик на дне чаши находится в единственном состоянии устойчивого равновесия. В этом положении линия, соединяющая точку опоры и центр тяжести тела,  вертикальна.

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.

 Если тело подвешено на нити, то, как не изменяй его положение,  оно  будет стремиться занять  положение устойчивого равновесия,   когда   линия,  соединяющая  центр тяжести тела и точку  подвеса,  принимает   вертикальное положение.  При этом центр тяжести  всегда будет находиться  ниже точки подвеса.

 Создатели архитектурных сооружений стремятся, чтобы созданные ими конструкции находились в состоянии устойчивого равновесия. Эйфелева башня в Париже, телевышки во всех странах мира имеют расширение при основании и смещенный вниз центр тяжести. Так Александрийская колонна на Дворцовой площади Санкт-Петербурга при её огромной высоте не имеет врытого в землю фундамента, а  спокойно стоит на земле.

И это состояние устойчивого равновесия объяснимо: смещенный вниз  центр тяжести колонны.

Неустойчивое равновесие.

Предмет остаётся в равновесии, когда вертикальная линия проходит через центр его тяжести и пересекает основание его опоры. Малейшее отклонение в сторону приводит к падению.

Если чуть-чуть сдвинуть или отклонить тело, находящееся в состоянии неустойчивого равновесия, то возникает сила, стремящаяся ещё больше отклонить его от равновесного состояния.

 В качестве примера можно привести шарик, лежащий на выпуклой поверхности или неваляшку, поставленную с "ног на голову".

Для сохранения в неизменном положении предметов при  движении их опоры уже много столетий применяется  так называемый карданов подвес – устройство,  в котором центр тяжести тела  располагают ниже осей, вокруг которых оно может вращаться.

Возьмите горшок с бальзамином, лучше имеющим более длинный стебель, и положите боком на окно, подложив под края горшка палочки.

Через несколько дней стебель бальзамина поднимется от подоконника кверху.  Прижмите землю в горшке или прикройте двумя дощечками и переверните горшок вверх дном, подвесив на веревочках или поставив на треножник. Стебель бальзамина вскоре повернется опять кверху, обернувшись почти вокруг горшка. Поставьте теперь опять горшок на донышко, и бальзамин постепенно примет прежнее положение.

Равновесие и человек.

Каждое тело обладает массой и имеет центр тяжести. Отвесная линия, проходящая через центр тяжести (линия тяжести), всегда падает на опору. Чем ниже центр тяжести и чем шире опора, тем устойчивее равновесие. Так, при стоянии центр тяжести помещается примерно на уровне второго крестцового позвонка. Линия тяжести находится между обеими стопами ног, внутри площади опоры.

Когда мы говорим о позах, которые может принимать человек, нужно не забыть о его центре тяжести. Закон всемирного тяготения еще никто не отменял. Центр тяжести человека расположен в низу живота. Вес ног составляет около половины веса тела.

Наше тело обладает большой подвижностью, и центр тяжести постоянно смещается. Для устойчивости вы наклоняетесь в другую сторону, причем другую руку вытягиваете почти горизонтально. Если несете на спине тяжелый предмет, ваше тело наклоняется вперед. Во всех этих случаях линия тяжести приближается к краю опоры, и поэтому равновесие тела устойчиво. Если проекция центра тяжести тела выйдет за пределы площади опоры, произойдет падение тела. Для создания противовеса туловище наклоняется в сторону, противоположную нагрузке. Линия тяжести остается внутри площади опоры.

Канатоходцы  для  большей  устойчивости  берут  в  руки  шест,  который

наклоняют то в одну, то в другую сторону. Балансируя,  они  перемещают  центр тяжести на ограниченную опору.

Выполняя различные гимнастические упражнения, вы можете определить, как сохраняется равновесие и устойчивость, если центр тяжести выходит за пределы точки опоры.

Удобная чашка  для малышей, которые ещё не научились  аккуратно кушать. 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. Шахматные фигурки  имеют округлую форму и снабжены встроенными металлическими  грузами, которые играют роль балансирующего механизма, это придает им свойства "неваляшек", - все фигуры возвращаются в исходное положение при любых наклонах. Шахматная доска внутри  снабжена дубовой решеткой с вставленными в неё магнитами, к которым фигуры "неваляшки"  притягиваются  за счёт металлических грузов.

3. Практическая часть.

А теперь рассмотрим и проведём некоторые занимательные опыты, подтверждающие наши рассуждения о равновесии.

Если стол совершенно горизонтален и прочно стоит на полу, мы можем выстроить фигуру из "доминошек".

 

 «Волшебный»  карандаш.

Если центр тяжести находится выше точки опоры, карандаш падает, если ниже -  находится в равновесии.

Балансирующие вилки.

Соединяем две вилки между собой вместе. Вставляем кончик зубочистки в место соединения вилок, а другой конец ставим на край деревянной палочки, воткнутой в опору – апельсин. Вилки балансируют на весу и держатся на кончике зубочистки.

«Сильный» воробей.

Птицу вылепим из пластилина. Ноги из спичек. На нижнем конце проволоки, воткнутой в тело воробья, укрепим шарик из пластилина. Проволока должна входит позади лапок. Воробей будет отлично сидеть на опоре.

Морковная карусель.

     Используем тарелку, морковь, бутылку, иголку и 4 вилки. Разрежем морковь вдоль, а потом каждую половину поперек. В каждую из четырех половинок воткните вилку так, чтобы угол между плоскостью среза был острый. Разместим вилки с морковками по тарелке на равных расстояниях друг

от друга. Для большей устойчивости зубья вилок  должны касаться края тарелки. Теперь тарелку удастся уравновесить на острие иглы, всаженной в морковку. На глаз кажется невозможно, - но все таки тарелка стоит и даже вращается.

Балансирующая  пуговица. 

Попробуем положить пуговицу на чашку, так чтобы они соприкасались только краями, пуговица падает. Закрепим на пуговице две вилки и затем поместим пуговицу на краю чашки. Изогнутые концы вилки, которые особенно тяжелые, смещают центр тяжести пуговицы на край чашки. Вся конструкция находится в равновесии.

Акробат.

Рисуем из толстой бумаги клоуна, вырезаем 2 фигуры. Склеиваем вместе, помещая в ладони маленькие монеты. Акробат будет балансировать везде: на руке, столе, нити. Монеты смещают центр тяжести в область головы, поэтому он находится в равновесии.

 Выводы.

Рассмотрев различные виды равновесия, их особенности и проведя опыты, пришла к выводу: для равновесия тела необходимо и достаточно, чтобы геометрическая сумма всех сил, действующих на любой элемент этого тела, была равна нулю; вид равновесия тел зависит от направления сил, действующих на тело: силы тяжести, силы реакции опоры, силы, выводящей тело из состояния равновесия. 

Расположение центра тяжести  относительно точек опоры влияет на равновесие тела. Занимательные опыты по равновесию тел позволяют, во-первых, проверить эти утверждения самим, во-вторых, в интересной форме показать,  как в обычной жизни можно добиваться равновесия.

Но мало кто задумывается, что подобное искусство при должной тренировке, доступно любому из нас. Более того, умение поймать и держать баланс просто-таки необходимо в различных жизненных ситуациях. Наше тело работает на рефлексах, которые можно и нужно вырабатывать, доводить до автоматизма — в этом случае они помогут в случае экстремальной ситуации. Поскользнулись на льду или оступились в темноте, тяжелая вещь выскользнула из рук или ребенок вырвался, и нужно быстро за ним дотянуться — все эти действия требуют координации движений и быстрой реакции. Устойчивость или способность сгруппировать мышцы, чтобы упасть безопасно, вырабатывается путем долгих тренировок на равновесие. Для того, чтобы балансировать, нужно быть постоянно сконцентрированным на текущем моменте. Это очень полезный навык для любой из сфер жизни — чтобы решить любой вопрос, от очень важного до пустячного, нужно сосредоточиться на нем и не позволять левым мыслям отвлекать.

После изучения данной темы я провела исследование в рамках нашей школы, и выяснила, что большинство учащихся обладают недостаточным умением и способностью держать равновесие. Мне захотелось помочь учащимся развить этот навык, потому что это очень важно для их умственных способностей, а главное это поможет им наладить свою успеваемость и повысить спортивные навыки.

Я являюсь активным участником волонтерского движения в нашей школе. И в рамках нашей школы я активно помогаю заниматься с учащимися, отрабатывать упражнения по развитию баланса. Кроме этого при помощи занимательных экспериментов я прививаю им интерес к изучению данной темы. Сейчас я участвую в проекте «Акселератор» от Сбербанка, обучение в данном проекте я еще не закончила, но я надеюсь, что именно моя идея по развитию специальных центров для тренировки и коррекции вестибулярного аппарата найдет свой отклик у спонсоров.

Использованная литература:

1. «Виды равновесия тел» в картинках.

2. Г.Я. Мякишев,  Б.Б. Буховцев,  Н.Н. Сотский. Физика 10 класс. – М.: Просвещение, 2009.

3.Занимательные опыты и эксперименты.  Ф. Ола и др. - Москва:

Айрис- пресс, 2007.

4. Нетрадиционные уроки, внеурочные мероприятия по физике: 7-11 классы. – М.: ВАКО, 2006.

Краткое описание документа:

Современное общество нельзя представить без социальных сетей. И я не исключение! Совсем не давно в TicTok прошел челленджер связанный с попытками повторить всевозможные виды баланса. Мне стало очень интересно, как можно это осуществить и как это можно объяснить! Какими такими сверх способностямидолжен обладать человек, оказалось все просто! Разобраться в этом вопросе мне помог учитель физики. Все дело в равновесии!