Исследовательская работа. Тема: «Что расскажет спиннер?» Автор: Тарасов Михаил
методическая разработка (2 класс)

Исследовательская работа

Тема: «Что расскажет спиннер?»

Автор: Тарасов Михаил Александрович, ОГБОУ «Шебекинская СОШ с УИОП», 1класс, лауреат заключительного этапа всероссийского конкурса творческих проектов дошкольников и младших школьников «Я – исследователь» в г. Сочи. 

Секция «Естественнонаучная: физика, математика и техника»

Введение

Меня удивило, что все одноклассники и друзья имеют новые современные необычные игрушки спиннеры разных цветов и конструкций. Они увлечены ими, соревнуются: у кого лучше и интереснее вращается спиннер. Взглянем на спиннер с точки зрения физики.  

Актуальность. Всем интересно узнать, почему игрушка спиннер так популярна? Как она действует?

Постановка задач исследования

Объект моего исследования: детская игрушка спиннер

Предмет моего исследования: физические характеристики спиннера и законы, по которым он вращается

       Цель: выяснить, почему и как вращается спиннер

Задачи:

1. провести опрос учащихся;
2. рассмотреть детали спиннера
3. познакомиться с физическими законами, связанными со спиннером
4. провести эксперименты со спиннером  
5. сделать собственную модель спиннера из подручных средств

     Автор использовал различные методы исследования. Для выдвижения гипотез он провел опрос одноклассников: «Почему вращается спиннер?»

И по этим результатам выдвинул гипотезу: если спиннер вращается, то на него действуют какие-то физические силы и законы

Основная часть

Сначала внимательно рассмотрел спиннер: в центре спиннера находится металлический подшипник.  К центральной круглой детали прикрепляются три лопасти на одинаковом расстоянии друг от друга. Это крылья или утяжелители. Есть спиннеры с двумя, четырьмя и пятью лопастями.

Эксперимент №1. Стал по очереди вращать спиннеры из разных материалов и конструкций и обнаружил, что у вращающегося спиннера есть угловая скорость, момент импульса, а из-за силы трения он останавливается.

В спиннерах, которые сделал с папой нет подшипников, поэтому они недолго вращаются из-за большой силы трения.  Вывод: скорость вращения спиннера зависит от материала, из которого он изготовлен и качества подшипников. Именно подшипники уменьшают силу трения. Лучше всех у вращается металлический спиннер. У него хорошие подшипники. А крылья-маховики дают хороший момент импульса.

А вот самодельный лёгкий спиннер из пластмассовых крышек останавливается быстро из-за большой силы трения, потому что у него нет подшипников.

Самодельный спиннер с тяжёлыми лопастями останавливается почти сразу.

Сделал спиннеры с тремя, четырьмя и пятью лопастями. При одновременном запуске этих спиннеров оказалось, что скорость и время вращения спиннера примерно одинаковые.

Вывод: скорость вращения спиннера не зависит от количества лопастей.

Эксперимент №2. Ощутил, что когда начинаешь раскручивать спиннер, он приятно вращаться.  Научный руководитель объяснил, что вращающийся спиннер – это уже особое устройство гироскоп. Поэтому, когда мы начинаем поворачивать спиннер в разные стороны (менять ось вращения), он сопротивляется и как бы пытается вырваться из рук, словно живой. С помощью научного руководителя было найдено объяснение, что это происходит по правилу Жуковского: вращающийся гироскоп стремится повернуться так, чтобы его вращение совпало с вынуждающим вращением. Автор также узнал, что сила, которая сопротивляется нашему движению руки, называется прецессия.

          Вывод. Если поворачивать вращающийся спиннер, то он оказывает сопротивление – возникает прецессия.

Пришлось обратиться к википедии. Узнал, что Николай Егорович Жуковский – русский механик, отец русской авиации. Он рассчитал крыло и винт, которые подняли летательные аппараты в небо.

Николай Егорович Жуковский

Эксперимент №3. Сделал простейшую модель самолёта: надел спиннер на деревянную палку (карандаш, кисточку). Получилось, что спиннер – винт самолёта, а сила нашей руки – мотор. Запустил винт по часовой стрелке и смоделировал вираж самолёта – поворот налево. Ощутил задирание носа модели самолёта. Значит, когда самолёт поворачивает влево – возникает прецессия по правилу Жуковского - задирается нос самолёта. Лётчику надо выправить нос, поэтому он должен «дать ручку от себя», то есть опустить вниз руль высоты.

Когда смоделировал вираж самолёта – поворот направо, то ощутил западание вниз носа модели самолёта. Значит, когда самолёт поворачивает направо – возникает прецессия по правилу Жуковского - нос самолёта опускается. Лётчику надо выправить нос, поэтому он должен «потянуть ручку на себя», то есть поднять вверх руль высоты.

Вывод: с помощью простейшей модели самолёта, где спиннер – это винт самолёта, можно наблюдать прецессию и действие правила Жуковского.

Заключение (выводы)

Я достиг цели своего исследования и экспериментальным путём выяснил, что спиннер вращается по законам физики:

1. у спиннера есть угловая скорость – мы её придаём движением руки;
2.  момент импульса зависит от утяжелителей;
3. на вращающийся спиннер действует сила трения – она его постепенно останавливает;
4. при смене оси вращения спиннера появляется прецессия – мы чувствуем сопротивление спиннера по правилу Жуковского;
5. вращающийся спиннер – это физическое устройство -гироскоп

 Подтвердилась гипотеза: если спиннер вращается, то на него действуют какие-то физические силы и законы

 Вывод: с помощью спиннера можно изучить такие физические понятия: гироскоп, прецессия, угловая скорость, момент импульса, правило Жуковского.

Мне понравилось изучать физику с помощью этой детской игрушки.

Практическая значимость работы: сделал своими руками спиннеры из подручных средств, которые можно использовать в качестве демонстрационных моделей по изучению законов физики.

Перспектива работы. Меня заинтересовала версия, что с помощью вращения спиннера можно доказать, вращение планеты Земля вокруг своей оси. Но для этого спиннер должен вращаться долго, около 20 минут (желательно в кардановом подвесе).  Можно заменить, что спиннер будет вращаться, и постепенно его плоскость вращения измениться, так как Земля через 20 минут уже изменит своё положение. Земля – это тоже гироскоп. Планирую опытным путём проверить эту версию.

Библиографический список

1. Бонно, Камий Все секреты спиннера / Камий Боно. - Москва:АСТ, 2017.-64с.
2. Савенков, А.И. Я - исследователь: Рабочая тетрадь для младших школьников/А.И. Савенков. – Самара: Издательство «Учебная литература», 2005. - 24с.
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Спиннер