XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Познаю материальный мир через любимую игрушку

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Аверкиева А.К. 1

---

1БМАОУ "Лицей №7"

Леонова М.В. 1

---

1БМАОУ "Лицей №7"

Работа в формате PDF

623.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

С самого раннего детства мы любим играть в разные игрушки, некоторые из них становятся нашими любимыми! И мы в детстве даже не догадываемся о том, что с помощью игрушки мы познаем окружающий нас мир, природу, закономерности. И только родители знают, какую игрушку необходимо купить своему ребенку в определенном возрасте! И даже не ругают за то, что малыш начинает ломать новую игрушку, удовлетворяя свой интерес: он обязательно хочет заглянуть вовнутрь своей игрушки! И только спустя много лет сами дети начинают осознавать, что игрушка, тщательно подобранная для игры, позволяет понимать окружающий его мир.

Главное, что я заметила, начиная изучать вопрос об игрушках, что она тесно связана с закономерностями и законами, которые мы начали изучать на уроках физики. Но физика может быть очень интересной и веселой даже для детей, которые и не знакомы с физикой. А игрушки, которые основаны на физических принципах, могут помочь детям лучше понять мир вокруг них и развить свои навыки научного мышления. Например, конструкторы, машинки, трансформеры могут помочь детям понять, как работают механизмы и как можно создавать различные конструкции. Эксперименты с магнитами и электричеством могут помочь детям лучше понять эти фундаментальные концепции физики. Так же, игры, конструкция которых основана на законах физики, такие как мячики или катапульты, могут быть очень веселыми и увлекательными для детей.

Внимательно изучая свои детские игрушки и игрушки моих друзей, я поняла, что их принцип действия объясняется с точки зрения физики. Поэтому я решила рассмотреть мир физики с помощью игрушек. А свое субъективное открытие решила изложить в рассматриваемом творческом проекте. Свою идею предложу обсудить с одноклассниками на классном часе, выяснить их отношение к игрушке, а также с помощью своих одноклассников собрать выставку игрушек. Провести занимательные игровые минутки с учениками начальной школы. С тем, чтобы детки, да и мои сверстники, понимали, что интерес познания формируется у нас очень рано: играя, мы познаем мир, в том числе и материальный.

Актуальность работы заключается в том, что моя идея поможет детям лучше понять физические принципы и законы, познакомиться с материальным миром, используя игрушки и игры. Многие дети тратят много времени на игры и развлечения, но не всегда это сопровождается пониманием. Мой проект может помочь заинтересовать детей начальной школы изучением наук, развить их креативное мышление, научить решать проблемы, используя игровые формы. Кроме того, проект может быть полезен для учителей и родителей, которые хотят помочь детям лучше понимать физические принципы и законы.

Цель работы:привлечь учеников начальной школы к изучению окружающего нас мира через любимые игрушки.

Для выполнения цели необходимо решить ряд задач:

1. Изучить историю игрушек, их строение и характеристики;

2. Классифицировать игрушки по их принципу действия с точки зрения физических явлений;

3. Провести анкетирование среди одноклассников;

4. Провести классные часы и игровые минутки для учеников начальной школы.

Методы исследования, которые я использовала в своем проекте: наблюдение, анкетирование, сравнение

Объект исследования: детские игрушки

Предмет исследования: физические законы и явления, которые используются в игрушках

Гипотеза: Изучение физических принципов через игрушки может способствовать более эффективному и интересному познанию детьми материального мира, в котором мы живем, а также развитию их познавательных способностей и умений в изучении разных областей науки.

Основная часть.

Теоретическая часть

1. 1. История игрушек, их строение и характеристики

Игрушка – предмет, предназначенный для удовлетворения естественных врожденных и приобретаемых потребностей ребёнка в физическом, интеллектуальном и психоэмоциональном развитии. Игрушки известны человечеству с глубокой древности, они были обнаружены археологами при раскопках остатков древних цивилизаций. Игрушки, найденные при раскопках Индской цивилизации (3000-1500 до н.э.), включают маленькие повозки, свистки в виде птиц и игрушечных обезьянок, которые могут сползать по верёвке.

Самые древние игрушки сделаны из доступных природных материалов, камней, палок и глины. Тысячи лет назад египетские дети играли в куклы, у которых были парики и подвижные конечности, они были сделаны из камня, керамики и дерева. В Древней Греции и Древнем Риме дети играли с куклами, сделанными из воска и терракоты, луком и стрелами, йо-йо. В Греции, когда дети, особенно девочки, достигали совершеннолетия, было принято приносить игрушки детства в жертву богам. Накануне свадьбы девушки возраста около четырнадцати лет в качестве обряда посвящения во взрослую жизнь приносили свои игрушки в храм.

Технологический прогресс цивилизации повлиял и на детские игрушки. Сегодня игрушки изготавливаются из пластмассы, появились игрушки с батарейками. Если раньше игрушки были самодельными, то сейчас существует целая индустрия игрушек с массовым производством и механизмами реализации. В Древнем Египте куклы уже могли двигать конечностями. Куклы начала XX века уже умели говорить «мама». Сегодня уже существуют куклы, которые могут распознавать предметы, голос своего владельца, и выбирать фразы из сотен вариантов, заложенных в них программой. Изменились игрушки, технологии их изготовления, лишь тот факт, что дети любят с ними играть, остаётся неизменным на протяжении всей истории человечества.

1.2 Виды игрушек, основанные на законах физики

Изучая многообразный мир детской игрушки, я обратила внимание на то, что встречаются игрушки, внешне отличающиеся друг от друга, а вот принцип действия у них одинаков. А еще меня удивило то, что, покупая своему ребенку игрушку, сами родители, порой не замечая, с интересом начинают играть вместе со своими детьми. Это навело меня на мысль, что и взрослые люди тоже могут окунуться в мир детства. Видимо, не доиграли…

В связи с особенностями развития человека в младенческом, детском и подростковом возрасте вкусы и пристрастия к тому или иному виду игрушек имеют свойство видоизменятся, что приводит к большому разнообразию игрушек и их свойств. Для лучшего понимания игрушки я попыталась разделить знакомые и понятные мне игрушки на группы, схожие по принципу действия. Свою классификацию я представила в виде таблицы 1.

Таблица 1. Виды игрушек. Классификация по принципу действия.

Ниже я подробно рассмотрю и опишу работу игрушек по их принципу действия с точки зрения основных закономерностей и законов физики.

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления, сообщающихся сосудов. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления, могут быть различными. Например, это могут быть:

1. Гидродинамические игрушки, такие как водные ракеты или гидравлические насосы, которые используют архимедову силу и давление жидкости для движения.

2. Аэростатические игрушки, например, воздушные шары или дирижабли, которые используют атмосферное давление для поддержания своего полета.

3. Паровые игрушки, которые работают на основе пара и используют атмосферное давление для создания движения.

Эти игрушки могут быть не только увлекательными для детей, но и обучающими, помогая им понять принципы физики, лежащие в их основе.

Инерционные игрушки. Инерционная игрушка, это та игрушка, которая при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость, говорят, что она более инертна и имеет большую массу. А игрушка, которая при этом быстрее изменяет свою скорость, говорят, что она менее инертна и имеет меньшую массу.

Движение по инерции лежит в основе принципа действия игрушек – автомобилей, мотоциклов: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки передают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили. Именно благодаря тяжелому маховику такую игрушку трудно остановить, и она будет двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем такая же игрушка без маховика.

Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести. Одна из самых популярных игрушек не только детей, но их дедушек-бабушек, а то и прабабушек – популярная неваляшка Ванька-Встанька. Всем хорошо известен принцип ее действия. Эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести. Благодаря этому у неваляшки есть только одно положение устойчивого равновесия (на основании) и только одно положение неустойчивого равновесия (на голове). У каждого предмета 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», – именно такое пояснение центра тяжести дал известный нам Архимед. Стоящий предмет (тело на опоре) не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела.

У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее. Самая простая неваляшка представляет собой круглый полый корпус, внутри которого в нижней части закреплен груз. В результате получается объемная фигура со смещенным относительно геометрического центра центром тяжести.

У Ваньки-Встаньки в нижней части находится тяжелый полушар. Центр тяжести полушара – точка С – при наклоне поднимается. Расстояние CD больше расстояния АС. Значит, равновесие в первом случае устойчиво. Для тела, опирающего на одну точку, в состоянии равновесия, центр тяжести находится на одной вертикали с точкой опоры (СА вертикаль). При отклонении от положения равновесия возникает момент силы, возвращающий тело в равновесное состояние с низшим положением центра масс.

Обычный полый шар обладает безразличным равновесием: как бы его не положили, он будет находиться в состоянии покоя, т.к. центр тяжести такого тела всегда равноудален от точки опоры. А полый шар со смещенным центром тяжести будет стремиться занять положение, при котором центр тяжести будет наиболее приближен к точке опоры. Тогда такой шар окажется в единственном для него положении устойчивого равновесия.

Для малышей, которые ещё не научились аккуратно кушать есть даже чашка-неваляшка. Чашка-неваляшка с носиком и удобными ручками научит малыша, привыкшего к бутылочке, пить из чашки. Утяжеленное дно не позволяет чашке окончательно перевернуться, даже если ребенок неудачно ставит ее на стол. А носик кружки сделан так, что если ребенок и перевернет ее вверх дном, то из нее не выльется ни капельки. Когда малыш научится обращаться с чашкой, крышку с носиком для питья и утяжеленное дно можно будет снять.

Магнитные игрушки вызывают у детей особую магию. Это различные магнитные конструкторы, которые могут взаимодействовать друг с другом, соединяясь в конструктивные и объемные фигуры, магнитные шашки и шахматы, магнитные буквы и цифры, магнитный конструктор, магнитная рыбалка, магниты на холодильник, магнитная доска. В этих игрушках используется свойство магнитов притягивать к себе некоторые железосодержащие материалы.

Магнит – тело, обладающее собственным магнитным полем. Простейшим самым маленьким магнитом можно считать электрон. Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном – фотоном (частицей, которую можно представить, как квантовое возбуждение электромагнитного поля).

Заводные игрушки – особое восхищение детей. Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу. Когда мы заводим игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжимается, увеличивается ее потенциальная энергия. Чем больше оборотов ключа мы сделаем, тем сильнее сожмем пружину, тем больший запас потенциальной энергии получит пружина. А теперь пора игрушку отпустить. Пружина внутри игрушки начинает раскручиваться, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию игрушки. В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

Например, вспомним пружинные пистолеты с пулями-присосками: когда мы вставляем пулю в пистолет, сжимается пружина, находящаяся внутри. Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение пули. В соответствии с законом сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию пули-присоски. Можно объяснить и следующее за выстрелом явление присасывания пули к поверхности. Данное явление можно объяснить существованием атмосферного давления. Когда присоска ударяется о поверхность, некоторая часть воздуха выбрасывается из-под присоски из-за этого удара. В результате силы атмосферного давления прижимают пулю-присоску к поверхности, т.к. атмосферное давление больше, чем давление под присоской.

Звуковые игрушки. Мы все живём в мире звуков. Где бы мы ни находились, нас окружают и сопровождают разные звуки. Совсем ещё маленький ребёнок, а уже гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и она звуковая.

Звуки бывают разные: громкие и тихие, высокие и низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук. «Говорящие» куклы умеют произносить «Мама». Причина этого – колебания воздуха внутри кожаной коробочки с отверстиями, которую помешают внутрь игрушки. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.

Игрушки, действие которых основано на законах оптики. Одной из самых ярких игрушек является калейдоскоп. Он не только доставлять удовольствие разнообразными узорами, но и оказывает большую помощь художникам в создании рисунков для тканей, обоев, керамики, в создании орнаментов для витрин, выставок.

Для того, чтобы рассмотреть и понять устройство калейдоскопа нам понадобиться вспомнить основной закон геометрической оптики: закон отражения света. Представим, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности и исходным лучом называется углом падения, а угол между поверхностью и отраженным лучом – углом отражения.

Закон отражения света гласит: отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения.

Гироскопические игрушки. Гироскопические игрушки – это игрушки, оборудованные технологией гироскопа, который помогает им оставаться в равновесии и сохранять стабильность при движении. Такие игрушки могут быть различных типов, например, вертолеты, дроны, автомобили или каталки. Гироскопические игрушки обычно управляются с помощью пульта дистанционного управления и позволяют детям и взрослым наслаждаться увлекательным и динамичным игровым опытом.

Гироскоп – устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчёта. Простейший пример гироскопа – юла (волчок).

II. Практическая часть

2.1 Анкетирование и анализ результатов анкетирования

В своем исследовании я провела анкетирование среди обучающихся 7 «Б» класса БМАОУ «Лицей №7. Это необходимо было для того, чтобы выявить отношение моих одноклассников к игрушке, есть (или была) у них любимая игрушка. Для объективности моего исследования я выбрала группу исследуемых добровольцев своего класса, в анкетировании участвовали 25 человек. Результаты опроса свела в виде диаграмм.

На первый вопрос 13 человек ответили, что им нравятся другие игрушки, которые не относятся к заводным и инерционным. Из этого можно сделать вывод, что большинству ребят нравятся игрушки других типов.

На второй вопрос, какой физический принцип живет в неваляшке, 15 человек ответили верно - устойчивое равновесие, из этого можно сделать вывод, что ребята знают некоторые законы физики.

На третий вопрос, какой физический закон действует, если опустить резиновый мячик в воду. 15 человек из 25 опрошенных ответили, закон Архимеда. Из этого можно сделать вывод, что ребята знают данный закон, и понимают принцип его действия.

На четвертый вопрос, о том, как работают игрушки, задумывались большинство ребят.

По результатам данного анкетирования, можно сделать вывод, что большинству ребят, интересен принцип работы игрушек, многих ребят интересует каким физическим законам соответствуют их игрушки.

1. 2. Проведение классного часа в 7 «Б» классе.

Разбираясь в принципах работы игрушек, можно лучше понять одну из самых серьезных наук – физику, которая коренным образом изменила быт человека за последние несколько десятков лет. Любое действие игрушки можно объяснить с помощью физических законов.

Чтобы понять к какому закону физики относятся любимые игрушки моих одноклассников, я провела классный час. На классном часе, я рассказала о видах игрушек и к каким физическим законам они относятся. Поскольку каждый из ребят по моей просьбе пришел с любимой игрушкой, то мы сгруппировали их сначала по принципу действия, потом по возрастным особенностям, то есть определили, в каком возрасте детям играть в ту или иную игрушку интересно, задались вопросом: почему? Интересным показалось и то, что у многих наших родителей в детстве были аналогичные любимые игрушки. Думаю, что это связано с тем, что родители хотят часть своего детства увидеть в своих детях и пережить эти приятные моменты вместе.

По итогам классного часа я сделала вывод о том, что ребят заинтересовали физические законы, которые живут в игрушках и помогла им приокрыть чуть-чуть мир физики через игрушку, объяснив действия игрушки.

1. 2. Выставка игрушек для второклассников

Проведя классный час в своем классе, мы решили сделать выставку игрушек в Лицее, чтобы привлечь внимание других лицеистов. Некоторые лицеисты были удивлены тому, что действие любой игрушки, можно объяснить с точки зрения физических законов.

Мне было интересно сравнить восприятие игрушки моими сверстниками и учениками начальной школы. Для этого я подготовила классный час для второклассников «Мир глазами ребенка». Могу сказать, что ребята получили задание принести на классный час свою любимую игрушку. Более 60% второклассников принесли мягкую игрушку, с которой они не расстаются никогда. Некоторые даже признались в том, что приносят ее даже в школу.

Исходя из этого, я сделала вывод о том, что дети испытывают совсем другие ощущения по сравнению с моими сверстниками. Для них игрушка – это настоящий ДРУГ. Разочаровывать деток мы не стали, а предложили в качестве альтернативы поиграть нашими игрушками с выставки. Свои игрушки они расположили на столах в качестве «зрителей».

На мой взгляд, второклассники сами от себя не ожидали, что игрушки с выставки вызовут у них огромный интерес. А понимание того, что во всех игрушках заложен определенный закон физики, который можно наблюдать еще и в природе, их очень заинтересовало.

Заключение

В своей исследовательской работе я объяснила принцип действия игрушек на основе законов физики.

Изучив историю происхождения игрушек, я поняла, что игрушки были с Древних времен. Игрушки развивались и становились разнообразнее и совершеннее, благодаря физическим законам.

Благодаря проведенному анкетированию, я поняла, что обучающиеся нашего Лицея, знают какие физические принципы и законы, лежат в основе действия игрушек.

Опираясь на знания предмета физики, я и мои одноклассники познакомились с новыми физическими законами, благодаря своим игрушкам.

В практической части своей исследовательской работы, я узнала, что большинство моих одноклассников, также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве.

Данная исследовательская работа, думаю, найдет применение на уроках окружающего мира для обучающихся начальных классов. Потому что на примере самых простых игрушек, которые есть в каждом доме, можно объяснить ребенку, что физика – это не только наука о природе, а ещё и то, что её законы лежат в основе всех действующих тел, придуманных человеком для того, чтобы жизнь была очень интересной.

Список литературы

1. Володько, Е. Н. Демонстрационный эксперимент с минимальным оборудованием на уроках физики / Е. Н. Володько. — Мозырь: Белый Ветер, 2002.

2. Володько, E.Н. Звездный калейдоскоп, или Нескучная физика космоса / E.Н. Володько. — Минск

3. Ланина, И. Я. Не уроком единым / И. Я. Ланина. — М.: Просвещение, 1991.

4. Макеева, Г. П. Физические парадоксы и занимательные вопросы / Г. П. Макеева, М. С. Цедрик.

5. Маркович, Л. Г. Физика удивительных игрушек / Л. Г. Маркович. — Минск: Красико-Принт, 2000.

6. Юфанова, И. Л. Занимательные вечера по физике в средней школе / И. Л. Юфанова. — М.: Просвещение, 1990.

7. Пѐрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика, 7-9 классы– М.: Дрофа, 2010.

8. Мякишев Г.Я.., Буховцев Б.Б., 10-11 классы– М.: Просвещение, 2008

9. Я познаю мир. Наука в загадках и отгадках: - М.: Астрель: Хранитель, 2007.

10. 1001 вопрос для очень умных (с подсказками для остальных).- М.: Рипол Классик, 2002.

11. Сѐмке А.И. Занимательные материалы к урокам. – Москва.: НЦ ЭНАС, 2006

12. Урок физики в современной школе. Творческий поиск учителей: книга для учителя.сост.: Э.М.

13. Браверманн, под редакцией В.Г. Разумовского - М.: Просвещение, 2003.

14. https://znaytovar.ru/new431.html

15. https://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2012/05/23/ispolzovanie-igrushek-na-uroke-fizike

Приложение №1

Дорогой друг, с целью проведения исследования в моем проекте на тему: «Физика в игрушках», прошу ответить на вопросы анкеты:

1. Какая игрушка тебе нравилась больше всего в детстве?

А) Неваляшка

Б) Заводная игрушка

В) Инерционная игрушка

Г) Другое

2. Какой физический принцип живет в неваляшке?

А) Сила трения

Б) Сила тяжести

В) Движение по инерции

Г) Устойчивое равновесие

3. Какой физический закон действует, если опустить резиновый мячик в воду?

А) Закон Архимеда

Б) Закон всемирного тяготения

В) Закон Бойля — Мариотта

4. Задумывались ли вы над тем, как работают игрушки?

А) Да

Б) Нет

Приложение №2. Фото с классного часа