XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Разнообразие и свойство волчков
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Когда я был очень маленький, папа подарил мне “Волчок”. Это была деревянная разноцветная игрушка, если ее закрутить на полу, то она будет долго вертеться на месте, создавая красивый размытый кольцеобразный узор. Меня это удивило! Как может такая маленькая вещь так долго и красиво крутиться? Эта игрушка так меня увлекла, что захотелось узнать больше о ней и о законах ее вращения.
Волчок — детская игрушка, которая, во время вращения сохраняет устойчивость на одной точке опоры. С помощью нее дети начинают интересоваться научными исследованиями и опытами, волчки важны для изучения важных физических явлений, в конце концов, для развития мелкой моторики у малышей. Вращающиеся тела встречаются повсеместно, волчок – это простейший пример гироскопа, использующегося в навигационных приборах, в авиа- и кораблестроении, ракетостроении.
С папой мы изучили наши книги про науку, в них как раз была информация про волчки, немного информации нашли в интернете.
Мне было интересно разобраться в этой теме, так как для этого я собрал несколько волчков из конструктора, это очень увлекательное занятие, я люблю мастерить из конструктора разные изобретения и волчки это одно из них.
Разнообразие волчков.
Я научился мастерить волчки из деталей LEGO.
Папа рассказал, что чем ниже центр тяжести расположен к точке опоры, тем устойчивее и дольше волчок будет крутиться, так же на его кручение влияет его обтекаемость и масса, так как при кручении создается трение о воздух и поверхность, на которой он крутится, это замедляет его. Опытным путем я проверил это.
Я смастерил 3 волчка разных цветов и форм:
2)
3)
Дадим каждому яркое название, чтобы наш опыт был еще интереснее:
Бирюза.
Заводной апельсин.
Черно-Белый.
Засек время, как долго они будут крутиться, соответствующие данные занес в таблицу:
|
Название |
Время 1 |
Время 2 |
Время 3 |
|
Бирюза |
37 с. |
38 с. |
37 с. |
|
Заводной Апельсин |
1 м. 20 с. |
1 м. 15 с. |
1 м. 4 с. |
|
Черно-Белый |
34 с. |
33 с. |
33 с. |
Черно-белый крутился медленнее всех, из-за пробелов в лопастях, стенки которых создавали дополнительное трение о воздух, а также из-за его небольшой массы.
Бирюза занял вторую позицию так как имел центр масс выше точки опоры, чем на других волчках, а также сам по себе имел небольшую массу, что не давало ему достаточного импульса для кручения.
Дольше всех крутился самый тяжелый волчок – Заводной Апельсин, его центр масс находился ниже всех, а его форма была самая обтекаемая, без лишних деталей.
Существует и более сложная конструкция волчка, содержащая внутри винтовой механизм для раскручивания. Такой волчок называется «юла».
В книгу рекордов Гиннеса попал волчок с самым большим временем вращения — 27 часов, 9 минут и 24 секунды. Называется устройство: LIMBO и оно имеет мотор.
Я узнал, что волчки можно встретить повсюду, буквально на каждом шагу. Мы даже живем на огромном волчке, который называется Планета Земля.
Свойства волчков
Если какой-нибудь предмет движется, то его не сразу удается остановить. К примеру - автомобиль. Даже если со всей силы нажать на тормоза, машина всё равно по инерции проедет немного вперёд. Это всё действие сил инерции. У вращающегося волчка они проявляются и тогда, когда его пытаются наклонить, свалить. Именно они, силы инерции, придают ему такую необыкновенную устойчивость – свойство чрезвычайно ценное. Благодаря нему, волчок начал широко применяться в технике. На основе поведения волчков был придумал прибор “гироскоп”, который установлен практически во всей современной технике, например кораблям он не позволяет завалиться набок.
Когда скорость вращения становится недостаточно большой, ось волчка начинает отклоняться от вертикали, и, в конце концов, волчок падает и прекращает вращение. Примерно такое устройство, только большое, установлено внутри кораблей.
На волчок действует ряд сил, стремящихся его повалить - трение о поверхность, сопротивление воздуха, собственный вес. Чем массивнее волчок и чем быстрее он вращается, тем упорнее противодействует он опрокидыванию.
Запуская волчки, мы увидели и другое интересное свойство - при быстром вращении фигуры и цвета сливаются. Например, нарисованный квадрат превращался в круг.
Я даже использовал любимую машинку в качестве волчка и вот что получилось:
Волчок так же помог демонстрировать оптические эффекты. Быстрое вращение волчка показывает неспособность нашего глаза "ухватить" быструю смену картинки. На этом основан эффект анимации, применяемый для создания кино и мультфильмов.
Я нарисовал пример, как с помощью такого эффекта художники изображают высокую скорость при движении на рисунках:
При быстром вращении окрашенного волчка цвета сливаются, и мы видим другой цвет. Если диск был закрашен так, как расположены цвета спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), он казался белым; смешивание синего и желтого создавало впечатление зеленого. Это явление называют наложением спектральных цветов.
Заключение.
“Волчок” помог нам понять некоторые физические свойства, например, если телу задать энергию и закрутить его вокруг его точки опоры, то за счет инерции он будет какое-то время крутиться, а какое – зависит он его массы и формы, а так же других окружающих условий, такое свойство помогло людям построить морские, наземные и воздушные транспортные средства, так же оптические свойства волчков подарили художникам вдохновение в их творчестве, так мы поняли, что на первый взгляд маленькие и простые вещи хранят в себе большие и великие изобретения.
Список использованной литературы.
1. Энциклопедия для детей. Т. 14. Техника. / Глав. ред. М. Д. Аксёнова. – М.: Аванта+, 2000
2. Энциклопедия для детей. Т. 1б. Физика. / Глав. ред. В. А. Володин. – М.: Аванта+, 2000
3. Играем в науку / Джилл Франкель Хаузер; Пер. с англ. – М.: Интеллектуальная Литература, 2017