Всероссийская школьная конференция

учебно-исследовательских и проектных работ

«Мир науки и творчества»

ТЕМА: ФИЗИКА В ИГРУШКАХ

исследовательская работа

Самсонова Милана

учащегося 4 «Е» класса

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №55»

г. Саратова

Научный руководитель:

Васильева Елена Николаевна

Номинация

«Первые шаги в науку» - физика

2018-2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

С самого рождения нас окружают игрушки, начиная с красочной звонкой погремушки. Позднее нам хочется общаться с другими игрушками. Наверное, каждый из нас задумывался хоть раз, как работает та или иная игрушка. Многие от любопытства даже разбирали их.

Актуальность данной темы состоит в том, что детство было у каждого и интерес к строению поющей, либо просто движущейся игрушки не уменьшается с возрастом. Когда ты сам еще маленький, ты не задумываешься над тем, почему все это работает: почему юла вращается, самолет летит, почему двигается робот…  Я не раз замечал, наблюдая за игрой младшего брата, как он пытается разобрать игрушку, узнать, что внутри. Дети взрослеют, и меняются их взгляды на вещи. Их уже интересуют механизмы, находящиеся в игрушках.

Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.

Объект исследования  -  детские игрушки, которые помогают маленькому человеку познавать окружающий мир.

Задачи исследования:

1. Классифицировать игрушки по принципу действия.

2. Объяснить принцип действия игрушек на основе законов физики.

3. Провести опыты, сделать выводы.

4. Провести исследование среди моих одноклассников.

5. Познакомить с принципом работы некоторых игрушек учащихся 4-х классов нашей школы.

Гипотеза: предположим, что в основе действия любой игрушки лежат физические законы.

Методы исследования: изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ.

1. Основная часть

1. Классификация игрушек

Игрушки во все исторические эпохи были связаны с игрой – ведущей деятельностью, в которой формируется типичный облик ребенка: ум, физические и нравственные качества. Игрушки помогали ребенку развиваться и учиться.

Почти все знакомые нам игрушки можно объединить в  определённые группы на основе принципа их работы.

Я хочу рассказать об устройстве и действии некоторых из них.

1.2 Звуковые игрушки

Самой первой игрушкой, которую ребенок берет в руки, является погремушка. Она относится к звуковым игрушкам. Что же такое звук? Звук – это колебания, которые распространяются в окружающей среде. Человек, воспринимает звуки, частота которых колеблется от 16 до 20 колебаний в секунду [4]. Внутри погремушки находятся шарики, бусинки, которые ударяясь о ее стенки, вызывают колебания. Эти колебания передаются окружающему воздуху и распространяются в нем. Звуки бывают разные: громкие и тихие, высокие и низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук.

Мы растем, и у нас появляются другие игрушки: бубны, различного рода свистульки, барабаны, свирели. Их принцип действия такой же, как и у погремушки.

Затем появляются «говорящие» куклы, но их устройство более сложное. Внутри игрушки находится кожаная коробочка с отверстиями. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.

1.3. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы

Когда ребенок начинает ползать или ходить, он знакомится с другой простейшей игрушкой – мячом. Каждый малыш знает стихотворение А.Л. Барто:

Так почему же мяч не тонет?

Оказывается, на него действует со стороны воды выталкивающая или архимедова сила (она была открыта древнегреческим ученым Архимедом). Если сила тяжести тела больше выталкивающей силы, то тело тонет. Если выталкивающая сила равна силе тяжести, то тело плавает. Если выталкивающая сила больше силы тяжести тела, то тело всплывает [1].

Выталкивающая сила зависит от объема тела.

Опыт 1. Прикрепим  груз к пружине, пружина растянется. Опустим пружину с грузом в жидкость, пружина начнет сжиматься. Это происходит потому, что на груз со стороны воды действует выталкивающая или архимедова сила. В результате вес груза в жидкости уменьшается. Если к динамометру подвесить груз меньшего объёма, то длина пружины уменьшится на меньшую величину.

Так же она зависит от плотности жидкости.

Опыт 2. Опустим в сосуд с водой яйцо – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль. По мере увеличения солёности воды яйцо всплывает. Таким образом, мы убедились, что выталкивающая сила зависит от объема тела и плотности жидкости.

На этом принципе основаны плавающие игрушки: кораблики, уточки, спасательные круги, жилеты, надувные матрасы.

4. Гироскопические игрушки

К трем годам, у ребенка появляется интерес к различным механическим игрушкам. Самая простая из них – юла – древнейшая народная игрушка. Жжж-жи! Вот запустили волчок! Мы любуемся его кружением, удивляемся его устойчивости, и нам, конечно, хочется разгадать его тайну. Почему неподвижный волчок не может стоять на острие своей оси, а приведи его в быстрое движение – и, словно перед тобой совсем другой предмет, он стойко держится, вращаясь вокруг вертикальной оси? Мало того, волчок упорно сопротивляется попыткам вывести его из этого положения. Попытайтесь, толкнув его, вывести волчок из вертикального положения, опрокинуть, но волчок после толчка отскакивает в сторону и продолжает кружиться, описывая своей осью коническую поверхность.

В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством. (Гироскоп – от греческого «гирос» - круг, кольцо и «скопео» - смотреть.) [4]

1. 5. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

У каждого тела 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. Стоящий предмет не опрокидывается только тогда, когда отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри основания предмета [1].

Опыт 3. Этажерка стоит, так как отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит через основание. Начнем наклонять этажерку, и пока отвесная линия будет проходить через основание, этажерка будет находиться в устойчивом положении. Как только отвесная линия выйдет за основание - этажерка упадет.

Часто для того, чтобы придать телу более устойчивое положение, центр тяжести смещают ближе к основанию.

Теперь рассмотрим, в каких положениях равновесия может находиться шар, центр тяжести которого находится в его центре.

Рассмотрим шар, лежащий на горизонтальной поверхности  (рис.1).

Рис. 1. Шар в безразличном равновесии

На него действуют две силы – сила тяжести, направленная вниз и сила реакции опоры, направленная вверх. Эти силы равны по величине, направлены в противоположные стороны, уравновешивают друг друга. В этом случае, шар находится в состоянии безразличного равновесия [4].

Рассмотрим положение шара на вогнутой поверхности. Если шар находится в нижней точке, то на него также действуют две силы, и он находится в состоянии равновесия. Выведем шар из этого положения. На него опять действуют сила тяжести и сила реакции опоры, направленная под углом 90°. В результате возникает третья сила, возвращающая шар в положение равновесия. Такое положение называется устойчивым (рис. 2).

Рис. 2. Шарик в состоянии устойчивого равновесия

 Если поместить тело на выпуклую поверхность и отклонить его на некоторый угол, на него также действует сила тяжести и сила реакции опоры,

но в результате сложения этих сил, возникает сила, уводящая тело от положения равновесия. Это равновесие называется неустойчивым (рис.3).

Рис. 3. Шарик, лежащий на выпуклой поверхности

Устройство и принцип работы неваляшки

Неваляшка  появилась в России  не так давно. Историки считают, что неваляшка пришла к нам из Японии.  Эти завезённые в Россию  куклы  стали прообразом известной игрушки Ванька-встанька. Первые русские неваляшки, появившиеся на ярмарках в начале XIX века, назывались "кувырканами", они изображали  купцов или  клоунов. Такого Ваньку вытачивали на токарном станке из липы, в нижнюю часть вставляли свинцовый груз и раскрашивали яркими красками [3].

Неваляшка устроена так, что обладает положением устойчивого равновесия. Во-первых, центр тяжести ее смещен ближе к основанию, т.к. полый нижний шар заполняется чем-то тяжелым. Во-вторых, при выведении ее из положения равновесия, возникает сила, которая возвращает ее в устойчивое положение [4].

2. Результаты исследования

Я предложил своим одноклассникам ответить на вопросы анкеты (приложение).  Было опрошено 27 человек. Результаты показаны  на диаграммах.

Любимые  детские игрушки

Если ты в детстве разбирал игрушки, то для чего ты это делал?

Из диаграммы видно, что самыми любимыми у моих одноклассников были плавающие игрушки. Большинство из опрошенных учеников разбирали в детстве игрушку, чтобы изучить ее внутреннее строение (11 чел.) или,  чтобы понять принцип ее работы (11 чел.). Я не предполагал, что столько людей ещё в детстве интересовались этим. 3 человека злоупотребляли добротой своих родителей и ломали игрушки, чтобы получить новые в подарок. Некоторым ученикам (2 чел.) игрушки просто не нравились, и они не видели другого выхода, как сломать её.

Заключение

В ходе проведенного исследования гипотеза подтвердилась. Нам удалось показать устройство игрушек, опираясь на физические законы и явления,  практические опыты.

В практической части своей работы, проведя анкетирование одноклассников, мне удалось доказать, что дети с самого раннего детства проявляют любопытство и интерес к устройству и работе разных механизмов.

При выполнении этой исследовательской работы я узнал много нового, заинтересовался изучением физики и смог заинтересовать других ребят.

В дальнейшем, мне бы хотелось изучить принцип работы других детских игрушек и физические законы, лежащие в их основе, а так же принцип действия интерактивных игрушек, которые  появляются в современном обществе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Билимович Б.Ф. «Физические викторины в средней школе», М: «Просвещение», 1977 г.
2. Блудов М.И. «Беседы по физике» часть 2, издание 4 переработанное, М: «Просвещение», 1992 г.
3. Ланина И.Я. «Внеклассная работа по физике», М: «Просвещение», 1977 г.
4. Перельман Я.И. «Занимательная физика» книга 1, издание 22 стереотипное. Под редакцией А.В.  Митрофанова, М: «Наука» главная редакция физико-математической литературы, 1986 г.
5. Сикорук Л.Л. «Физика для малышей», М: «Интеллект», 2015 г.
6. Хилькевич С. С. «Физика вокруг нас», Библиотечка «Квант», выпуск 40,  Москва, Наука, 1985.

ПРИЛОЖЕНИЕ

АНКЕТА «ФИЗИКА В ИГРУШКАХ»

1. Какая игрушка тебе в детстве нравилась больше всего?

А) неваляшка

Б) звуковые игрушки

В) юла

Г) плавающие игрушки

2. Если ты в детстве разбирал игрушку, то ты это делал для того, чтобы:

А) изучить её внутреннее строение

Б) понять принцип её работы

В) родители пожалели и купили новую игрушку

Г) она тебе не нравилась