Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 Стодолищенская средняя школа Починковского района

________________________________________________________

Секреты равновесия

Исследовательская работа по физике

Автор: Гайдаш Ульяна,

обучающаяся 4 «б» класса

Руководитель работы:

Филимонова Елена Владимировна,

учитель физики

п. Стодолище

2018 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………….……………………………………..3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Теоретическая часть

1.1. Равновесие и центр тяжести ……………………………………………5

2. Практическая часть

2.1. Определение центра тяжести фигур……………………….…………..7

2.2. Игрушки – самоделки……….…………………………….……………..8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………...….………….10

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….………..11

ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………….12

ВВЕДЕНИЕ

С самого рождения нас окружают игрушки, начиная с красочных погремушек. У меня тоже есть игрушки и среди них кукла - неваляшка, которая, как бы ее не положили, встает и занимает определенное положение. При попытках ее уложить она начинает колебаться то в одну, то в другую сторону, стараясь остановиться в том положении, в котором была первоначально. Это положение, как я узнала от учителя физики, называется состоянием равновесия. Мне стало интересно, почему так происходит. Что же это за положение, к которому стремятся многие предметы? Меня очень заинтересовала эта тема, и я решила провести исследование.

Объект исследования: равновесие тел.

Предмет исследования: центр тяжести, занимательные игрушки, которые держат равновесие.

Цель работы: установить причину равновесия окружающих тел и игрушек.

Задачи:

1) изучить литературу по данной теме;

2) выяснить, что такое центр тяжести, как его находить; узнать какую роль он играет в равновесии предметов;

3) на основе полученных знаний создать игрушки, иллюстрирующие условия устойчивости различных тел.

Гипотеза: если знать, что такое центр тяжести, научиться его находить, понять какую роль он играет в равновесии, то можно самой изготовить интересные игрушки, которые держат равновесие.

Методы исследования:

• Изучение и анализ различной литературы;
• поиск информации по данной теме в сети Интернет;
• наблюдения и анализ;
• обобщения и выводы;
• проведение опытов и изготовление игрушек.

Анализ литературы по теме исследования показал, что имеется немного книг по данной теме. В литературных источниках авторы знакомят с понятием равновесия,  центром тяжести. А вот объяснение принципа действия игрушек я нашла в Интернете. Я ознакомилась с материалами, представленными в сети Интернет, и выяснила, как же работает интересующая меня игрушка.

Я считаю свою работу актуальной и нужной, так как она повышает интерес к изучению физики и доступна учащимся разных возрастов, даже не обладающих специальными знаниями в области физики. Каждый человек должен иметь представление о физических явлениях и законах, с которыми непосредственно сталкивается в повседневной жизни с самого раннего детства.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Равновесие и центр тяжести

С понятием равновесия мы сталкиваемся часто. На уроках физкультуры мы держим равновесие, двигаясь по лавочке. В цирке мы видим удивительно ловких канатоходцев, и даже дрессированные животные поражают нас своими умениями удерживать на носу разноцветные шары. Падая, мы равновесие нарушаем. Может быть, здесь есть какие-то секреты? А все секреты - в законах физики! Равновесие предмета зависит от положения его центра тяжести. Нарушили равновесие — и тело вышло из покоя.   Что же такое центр тяжести?

На любое физическое тело – мяч, жилой дом, человек и т.д. – действует сила земного притяжения или сила тяжести. Эти твердые тела можно представить состоящими из большого количества частиц. На каждую частицу тела в отдельности также действует земное притяжение, т.е. твердое тело находится под действием бесчисленного количества сил тяжести. Все эти силы можно заменить одной суммарной силой. Точка приложения этой суммарной силы и называется центром тяжести. У различных тел центр тяжести находится в разных местах, это зависит от их формы и однородности состава. 

Центр тяжести сидящего человека находится внутри тела около позвоночника чуть ниже уровня груди. Если провести отвесную линию из этой точки вниз, то она пройдет под стулом позади ступней, а чтобы человек мог встать и стоять, эта линия должна проходить внутри площади, ограниченной его ступнями. Поэтому в заданном нами положении тела встать со стула не удастся. Для этого либо податься грудью вперед, тогда центр тяжести окажется между ступнями; либо подвинуть ноги назад, подводя опору – ступни – под центр тяжести (Приложение 1). Только выполнив одно из этих действий, можно встать со стула и сохранить устойчивость.

Эти эксперименты доказывают, что устойчивость любого тела возможна только в том случае, если приложенная к нему сила тяжести проходит через площадь опоры. Если линия действия силы проходит вне площади опоры, то тело падает.

Центр тяжести – это точка, относительно которой предмет будет находиться в равновесии.

Так при ходьбе по  натянутому канату  канатоходцы идут обычно с расставленными в  обе стороны руками, балансируют, причем заметно покачивание из стороны в сторону. При каждом шаге артист старается установить  центр тяжести своего тела над опорой. С длинным шестом в руках удерживать равновесие легче.

Моя неваляшка устроена довольно просто. Представляет собой полое круглое тело, в котором центр тяжести находится внизу. Таким образом, при наклоне корпуса груз приподнимается и стремится вернуть куклу в вертикальное положение. 

В действительной жизни мы давно уже привыкли угадывать центр тяжести каждого предмета. Мы сразу соображаем, как положить или поставить этот предмет, чтобы он не упал.

Теперь я знаю, что такое центр тяжести и как удерживать предметы в равновесии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Нахождение центра тяжести у фигур

У каждого предмета есть центр тяжести. У предмета правильной формы (круг, квадрат, прямоугольник) центр тяжести будет находиться в центре. А как же  определить  центр тяжести плоской неправильной  фигуры?

Вырежем из картона фигуру произвольной формы и проколем в нескольких местах отверстия (лучше ближе к краям). Затем повесим фигуру за любое отверстие. Фигурка должна свободно качаться на игле! Сделаем отвес из тонкой нити и груза (гирька),  и повесим его на ту же иглу. Проведём линию, которая совпадает с нитью. Затем повесим фигуру за другое отверстие, опять проведём линию, так повторим несколько раз (сколько отверстий). Точка пересечения  линий укажет положение центра тяжести  фигуры. Положим фигуру центром тяжести на остриё карандаша, фигура будет держаться, она находится в равновесии (Приложение 2).

2.2.  Игрушки – самоделки.

Используя полученные знания, я сделала занимательные игрушки.

Игрушка «Птичка на ветке» (Приложение 3)

Я сделала интересную игрушку с устойчивым равновесием - птичку. Она состоит у меня из пластилина, а ножки – из спичек. На нижнем конце проволоки, воткнутой в тело птички, укрепила шарик из пластилина. В тело птички проволока должна входить позади лапок. При достаточно тяжелом грузе птичка будет отлично сидеть.

Игрушка «Пильщик» (Приложение 3)

С помощью корковой пробки и пары спичек нетрудно сделать фигурки животных и людей. Я попробовала заставить стоять такую фигурку на двух ногах.

Туловище моей игрушки состоит из пробки, голова из пластилина, ноги - спички, руки из картона. Из длинной проволоки (согнув ее) я сделала пилу. Один конец воткнула в тело пильщика, на другой - повесила груз. Поставила на край стола. Центр тяжести оказался внизу, и фигурка держит равновесие. Пильщик будет наклоняться и «пилить» край стола.

«Ванька-встанька»  (Приложение 3)

Проткнем шилом яйцо, удалим содержимое, промоем и высушим. Набросаем в яйцо мелкие металлические гайки и натопим туда воск со свечи. Воск застынет и слепит все между собой. Заделаем дырочку и украсим яичного Ваньку-Встаньку. Как бы мы не ставили яйцо, оно всегда будет принимать вертикальное положение, так как  центр тяжести смещен вниз.

«Веселый клоун» (Приложение 3)

Для изготовления этой игрушки нужна круглая жестяная баночка (можно из-под кофе). В центрах дна и крышки пробиваем гвоздем по отверстию. Из толстой проволоки согнем ось с коленом посредине и к этому колену прикрепим тяжелый грузик. Закрываем крышку, вдев концы оси в отверстия дна и крышки. Нарисуем на картоне клоуна и вырежем его. Ноки прикрепляем к концам оси, выступающим из банки. Толкнув банку, видим, что клоун начинает весело раскачиваться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тема равновесия оказалась интересной для меня. Для ответа на вопросы о центре тяжести и его влиянии на равновесие предметов, я изучила литературу по теме. Я научилась находить центр тяжести и узнала о его влиянии на равновесие предметов.

Опираясь на полученные знания, я смогла своими руками создать необычные игрушки. Результатом моей работы стала презентация, где даны инструкции по созданию каждой игрушки.

Таким образом, моя гипотеза оказалась верной. Я узнала, что такое центр тяжести, научилась его находить. Эти знания дает нам наука, которая называется физика, именно она изучает законы  движения и устойчивости. Используя полученные знания, я сама изготовила интересные игрушки, которые можно сделать любому школьнику.

Буду рада, если вас заинтересуют мои опыты!

Список литературы

1. Гальперштейн Л. Здравствуй, физика! – М.: Издательство «Детская литература», 1967.
2. Перельман Я.И. Занимательная физика. Книга 1. Издание девятнадцатое. - М.: Издательство «Наука», 1976.
3. Том Тит. Научные забавы. Физика: опыты, фокусы и развлечения. М.: Издательство «Астрель», 2008.
4. http://class-fizika.ru/van9.html - Равновесие тел. О Ваньке-встаньке, центре тяжести и равновесии.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Нахождение центра тяжести

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ИГРУШКИ - САМОДЕЛКИ

         «Веселый пильщик»                                «Птичка на ветке»

            «Веселый клоун»                                              «Ванька - встанька»