Проектная работа "Физика в игрушках"

Российская Федерация

Ханты-Мансийский автономный округ – Югра

город Покачи

МОУ СОШ №2

      Физика в игрушках

Авторы: Шакиров Булат,

Магамедов Магомед

Ученики 8 "Б" класса

Руководитель: Акулова Ирина              

Григорьевна

Учитель физики

г.Покачи

2011 г.

Оглавление.

1.Введение.

   Цель работы                                                                                                   стр. 3

   Задачи                                                                                                             стр.3

2.Основная часть

2.1.Игрушки на магнитном взаимодействии                                                  стр.4

2.2.Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого   равновесия                                                                                                         стр.4

2.2.1.Игрушка "Ванька-встанька"                                                                   стр.4

2.2.2.Игрушка "Послушное яйцо"                                                                   стр.5

2.2.3.Игрушка "Веселые клоуны"                                                                   стр.6

2.2.4.Игрушка "Стрекоза"                                                                                стр.6

2.2.5.Игрушка "Веселые качели"                                                                    стр.7

2.2.6.Игрушка "Катушка-ползушка"                                                              стр.7

3.Заключение и выводы                                                                               стр.8

4.Литература                                                                                                   стр.9

5.Приложения                                                                                                стр.10

1. Введение.

С раннего детства мы сталкиваемся с разного рода игрушками. Они отличаются друг от друга по многим признакам. И мы не задумываемся о том, что в основе действия некоторых из них лежат законы физики. В своей работе мы хотели  не просто рассмотреть физику некоторых игрушек, но и самостоятельно их изготовить.

Цель работы.

Изготовить игрушки, действие которых основано на законах физики.

Задачи.

1.Присмотреться к игрушкам, продаваемым в магазинах, вспомнить, какими игрушками сами играли в детстве. Постараться "увидеть" их физическую суть.

2.Изучить литературу, в которой описывается изготовление игрушек.

3.Изготоить игрушки и дать объяснение принципов их работы.

2.Основная часть.

2.1. Игрушки на магнитном взаимодействии.

Для изготовления этих игрушек мы использовали следующее оборудование (фото 1):

1. два шарика от пинг-понга;
2. пластилин;
3. четыре керамических магнита;
4. картон;
5. фломастеры;
6. скотч;
7. ножницы.

На картоне мы нарисовали фигурки детей и животных, обклеили скотчем и вырезали. Шарики от пинг-понга разрезали пополам. Заполнили полученные половинки пластилином, вдавили в него магниты.

Мы знаем, что у магнита имеется два полюса: северный и южный. При этом если приблизить магниты друг к другу одноименными полюсами, они будут отталкиваться, а если разноименными – притягиваться. На взаимодействии магнитных полюсов и основано действие нашей игрушки.

Сверху на половинках шариков мы укрепили фигурки, ориентируя их  и учитывая полярность магнитов таким образом, чтобы собака поворачивалась к мальчику, а кошка к девочке (фото 2-4).

2.2. Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия.

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 (рис.1).

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 (рис.2).

2.2.1. Игрушка "Ванька-встанька".

Действие этой игрушки основано на состоянии устойчивого равновесия.  У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка ее опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее (рис. 3).

 Для изготовления ванька-встаньки использовали

 оборудование: 

1. куриное яйцо;
2. нож;
3. гипс;
4. бумагу;
5. краски;
6. лак;
7. клей;
8. свинцовую дробь;
9. стеариновую стружку.

На концах яйца проткнули две небольших дырочки и выдули содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыли водой и в течение нескольких дней хорошо просушили. После этого одну из дырочек заделали гипсом (фото 5). Через отверстие набросали внутрь скорлупы около 30 штук мелких свинцовых дробинок и стеариновую стружку от свечи. После этого мы подогрели яйцо на пламени свечи, дождавшись момента, пока стеарин полностью не расплавился (фото 6). Потом поставили яйцо на широкий конец. Стеарин охладившись, застыл и слепил дробинки между собой, а так же приклеил их к скорлупе. После этого мы заделали второе отверстие гипсом и замаскировали все дефекты поверхности при помощи полосок бумаги, которыми обклеили скорлупу (фото 7). Разрисовав и покрыв лаком игрушку, придали ей красивый внешний вид (фото 8).

Ванька-встаньку невозможно уложить. Какое бы положение мы ему не придали, он всегда будет стремиться принять состояние устойчивого равновесия.

2.2.2. Игрушка «Послушное яйцо»

Действие этой игрушки основано на состоянии устойчивого равновесия. Равновесие будет устойчивым, если точка опоры и центр масс данного тела будут находиться на одной вертикали к поверхности, на которой лежит тело. Для изготовления послушного яйца использовали

 оборудование (фото 9): 

1. куриное яйцо;
2. нож;
3. гипс;
4. бумагу;
5. краски;
6. лак;
7. клей;
8. песок.

На концах яйца проткнули две небольших дырочки и выдули содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыли водой и в течение нескольких дней хорошо просушили. После этого одну из дырочек заделали гипсом. Через отверстие насыпали внутрь скорлупы песок. После этого мы заделали второе отверстие гипсом и замаскировали все дефекты поверхности при помощи полосок бумаги, которыми обклеили скорлупу (фото 7). Разрисовав и покрыв лаком игрушку, придали ей красивый внешний вид (фото 10).

Послушное яйцо можно поставить в любом положении. Для этого нужно только встряхнуть яйцо, держа его в том положении, которое оно должно будет  занять. Песчинки переместятся, и поставленное яйцо будет сохранять устойчивое равновесие.

2.2.3. Игрушка "Весёлые клоуны"

   Для того что бы сделать эту физическую игрушку нам понадобилось оборудование (фото 8):

1. картон;
2. кусочки пластилина;
3. бечевка;
4. 2 бутылки с водой для устойчивости;
5. клейкая лента;

Сначала мы вырезали из картона двух клоунов и раскрасили их (фото 11). После на обратной стороне ладоней клоунов прикрепили кусочки пластилина  (фото 12). Привязали бечевку между двумя бутылками и натянули её, установив бутылки на разных уровнях. Клоунов посадили на бечёвку (фото 13). Что бы заставить клоунов передвигаться, нужно слегка дотронуться до бечевки рукой. Она придёт в колебательное движение, а клоуны под действием силы тяжести и силы трения начнут, покачиваясь, спускаться вниз по натянутому "канату". Результаты опыта можно объяснить состоянием устойчивого равновесия клоунов. Их центр тяжести находится ниже точки опоры (фото 14).

2.2.4.Игрушка "Стрекоза"

   При изготовлении этой игрушки мы использовали следующее оборудование:

1. картон;
2. пластилин;
3. ножницы.

Вырезали из картона стрекозу таким образом, что ее крылья немного выступали вперед головы (фото15). На эти выступающие части крыльев на концах и снизу укрепили небольшие кусочки пластилина. Если прислонить нашу стрекозу головой к острию карандаша, то она повиснет в воздухе. Стрекоза находится в состоянии устойчивого равновесия, так как  ее точка опоры находится выше основной тяжести (фото 16).

2.2.5.Игрушка "Веселые качели".

Для изготовления этой игрушки мы использовали следующее оборудование (фото 17):

1. два стакана;
2. две булавки;
3. проволоку;
4. картон;
5. фломастеры;
6. скотч;
7. ножницы.

Вырезали из бумаги двух человечков и изготовили для них качели со стеариновым двигателем. Для этого использовали обыкновенную стеариновую свечу. Укрепили человечков с помощью тонкой проволоки на противоположных концах свечи. Уравновесив свечу на линейке, нашли ее середину, где воткнули с двух сторон напротив друг друга две булавки. Поставили на бумагу два стакана и положили булавки на них. Зажгли тот конец свечи, который оказался наклоненным вниз. Через некоторое время свеча качнулась и горящий конец поднялся.  В этот момент мы зажгли второй конец. Скоро стеариновый двигатель заработал вовсю.

 Если присмотреться к качелям, то можно понять принцип их работы. Когда конец свечи оказывается внизу, то пламя с этой стороны "съедает" часть свечи.  Данная часть качелей становится легче, поэтому она поднимается вверх. Оказавшись вверху, конец свечи продолжает гореть в нормальном режиме, но зато противоположная часть уже  находится внизу.   Пламя активно "съедает" уже эту половину. И все повторяется.

2.3. Игрушка «Катушка-ползушка»

 Для изготовления катушки использовали оборудование :

1. деревянная катушка;
2. гвоздь;
3. резинка;
4. мыло;
5. спичка;
6. крючок.

На станке выточили катушку, на её торцах сделали сквозное отверстие. Сквозь отверстие при помощи крючка продели резинку. В петлю резинки, которая выглядывала с одного конца, заложили обломок спички длинной 15мм. К другому торцу катушки приложили шайбу из мыла. Шайбу предварительно вырезали из сухого обмылка. Диаметр шайбы около 15мм, а диаметр отверстия в ней – 3мм. На мыльную шайбу положили стальной гвоздь длинной 50мм и поверх этого гвоздя связали концы резинки надежным узлом. Чтобы привести катушку в движение необходимо, поворачивая гвоздь, завести катушку-ползушку до тех пор, пока не начнёт прокручиваться обломок спички с другой стороны. Если поставить катушку на стол, то резинка, раскручиваясь, повезёт катушку, а конец гвоздя будет скользить по столу (фото 18).

Работа игрушки основано на использовании силы трения и силы упругости. Когда мы закручиваем резинку, она натягивается и всё крепче прижимает обломок спички к щёчке катушки. Между обломком и щёчкой имеется трение. Если бы этого трения не было, то обломок спички вертелся бы совершенно свободно, и катушку-ползушку вообще не удалось бы завести даже на один оборот! Трение в этом месте полезно. Оно помогает работе сделанного нами механизма. А с другой щёчкой катушки дело обстоит совершенно наоборот. Здесь гвоздь должен вращаться как можно легче и свободнее. Для уменьшения трения мы подложили между щёчкой и гвоздём мыльную шайбу. Она уменьшает трение, служит как бы смазкой. При движении катушки возникает так же трение между "колёсами" игрушки и "дорогой", а так же между гвоздём и столом. В первом случае трение полезно, и для лучшего сцепления со столом можно было бы на "колёсах" сделать зазубрины. Во втором случае трение вредно, оно задерживает движение катушки. Чтобы его уменьшить, можно отшлифовать конец гвоздя мелкой шкуркой.

4.Заключение и выводы.

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.

5. Литература.

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

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

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

4. class – fisika.narod.ru/von9.htm

5. Приложения.

                  Фото1                                        Фото 2

                    Фото 3                                         Фото 4

                 Рис.1                                               Рис.2                                Рис.3

                   Фото 5                                   Фото 6

                 Фото 7                                         Фото 8

                     Фото 9                                       Фото 10

                      Фото 11                                     Фото 12

                    Фото 13                                      Фото14

                       Фото 15                                      Фото 16

                        Фото 17                                  Фото 18