XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Моя любимая игрушка – окно в мир науки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Замятин А.В. 1

---

1БМАОУ "Лицей №7"

Леонова М.В. 1

---

1БМАОУ "Лицей №7"

Работа в формате PDF

512.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

С раннего детства, не подозревая, мы изучаем физику. А в этом нам помогают… наши игрушки. Физика может быть очень интересной и веселой для детей, особенно если она представлена в игровой форме. Игрушки, которые основаны на физических принципах, могут помочь детям лучше понять мир вокруг них и развить навыки научного мышления.

Например, конструкторы, такие как LEGO, 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, которые используют физические законы: мячики или катапульты, могут быть очень веселыми и увлекательными для детей.

Внимательно изучая свои игрушки дома и у друзей, я нашел множество материала, который можно объяснить с точки зрения физики. поэтому я и решил изучать мир физики с помощью игрушек.

Цель проекта: составить классификацию игрушек на основании законов физики, которая поможет заинтересовать детей в назначении игрушки и принципе ее действия, а также позволит развить их креативность и умение решать проблемы.

Задачи проекта:

1. рассмотреть применение физических явлений и законов на примере работы детских игрушек;

2. подробно изучить принцип работы одного из видов игрушек.

В проекте мною определены объект исследования: детские игрушки, а также предмет исследования: систематизация детских игрушек с точки зрения знания о физических явлениях и законах.

Практическая значимость исследования: повышение интереса школьников к изучению физики, приведение информации в доступной форме для школьников, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук.

Новизна исследования: разбор объекта исследования с последующей его систематизацией.

Актуальность моей работы заключается в том, что игрушка и игра помогает детям лучше понять физические принципы и законы.

Методы исследования: 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 обучению детей физике, а также развитию их познавательных способностей и умений в области науки

Таким образом, в настоящее время многие дети тратят много времени на игры и развлечения, но не всегда это время проводится с пользой. Мой проект предполагает использовать игры и игрушки для обучения детей физике. Проект может помочь заинтересовать детей в науке и технологии, развить их креативность и умение решать различные проблемы. Кроме того, моя работа может быть полезна для учителей и родителей, которые хотят помочь детям лучше понимать физические концепции и законы.

Основная часть

История возникновения игрушек

Игру́шка – 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.

Классификация игрушек

На основании известных мне законов физики я выполнил классификацию некоторых игрушек. Это: плавающие игрушки, игрушки с гироскопическим свойством, игрушки, работа которых основана на изменении центра тяжести, инерционные игрушки, заводные игрушки.

Рассмотрим более подробно различные виды игрушек, а также те законы, которые лежат в основе создания этих игрушек.

1. Плавающие игрушки. Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки обладают большой подьемной силой, потому что на тело, погруженное в жидкость начинает действовать Архимедова сила, направленная вверх. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что действующая на них сила тяжести намного меньше выталкивающей силы Архимеда. Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления, могут быть различными. Например, это могут быть:

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

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

В) 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.

2. Игрушки с гироскопическим свойством. Свойство сохранения устойчивости при вращении (волчок, юла) называют гироскопическим свойством. Действие этих игрушек основано на законе сохранения момента количества движения. 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.

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

3. Игрушки, действие которых основано на изменении центра тяжести. Это всем знакомая нам неваляшка. Почему они могут балансировать? Это происходит из-за низкого расположения центра тяжести игрушки. Игрушки, работа которых основана на изменении центра тяжести тела. Хорошо известен принцип действия популярной детской игрушки-"неваляшки" – эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести. Благодаря этому у неё 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." (Архимед). Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела.

4. Эффект возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт смещения центра тяжести. Благодаря этому у игрушки есть только одно положение устойчивого равновесия (неваляшка). 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.

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.

5. Игрушки с инерционным механизмом. Про тело, которое при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно и имеет большую массу. Движение по инерции лежит в основе принципа действия игрушек - автомобилей, мотоциклов: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые 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. Маховик находится на оси с колесами.

Если тело, которое при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно и имеет большую массу. А тело, которое при этом быстрее изменяет свою скорость, говорят, что оно менее инертно 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.

6. Заводные игрушки. Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу. Потенциальная энергия сжатой пружины превращается в кинетическую энергию игрушки (в энергию движения). В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

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, если мы 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.

7. Магнитные игрушки. Это 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).

8. 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.

9. 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 (рис. 1)

Виды игрушек, с точки зрения физических процессов

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.

Виды игрушек:

Практическая часть.

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 защитил свой проект на уроке МФП. Я рассказал о видах игрушек и к каким физическим законам они относятся. По итогам классного часа я сделал вывод, что ребят заинтересовали физические законы и физика как наука. После урока мы решили сделать выставку игрушек в Лицее, чтобы привлечь внимание других лицеистов к игрушке, как ненавязчивому учебнику физики, который с удовольствием можно учить!

Некоторые лицеисты были удивлены, тому что, действие любой игрушки, можно обосновать с точки зрения физических законов. Более подробно я разобрал работу инерционных игрушек, объяснив законы, на которых они работают.

Рис. 1. Эскиз инерционного механизма машинки

Ниже представлены фотодокументы с классного часа, на котором были представлены игрушки и объяснены их принципы действия с точки зрения законов физики.

В практической части своей исследовательской работы, я узнал, что большинство моих одноклассников, также, как и я, интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве. Все мы ломали игрушки исключительно не ради того, чтобы сломать ее и досадить своим папе-маме и дедушкам-бабушкам, а для того, чтобы заглянуть вовнутрь игрушки и раскрыть ее секретики. Нами в детстве двигало исключительно любопытство!

Заключение

В своей работе я объяснил принцип действия игрушек на основе законов физики. Изучив историю происхождения игрушек, я понял, что игрушки были с Древних времен. Игрушки развивались и становились разнообразнее и совершеннее, благодаря физическим законам.

Защищая свой проект, я понял, 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.

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 механизмов, придуманных человеком для того, чтобы жизнь была очень интересной.

Благодаря проекту я:

- составил свою классификацию видов игрушек согласно законам физики;

- рассмотрел применение физических явлений и законов на примере принципа действия некоторых детских игрушек;

- подробно изучил принцип работы инерционного механизма машинки с пружиной и составили схему.

В ходе работы я понял, что игрушки – это наши первые учебники по физике. Может быть, их создатели стараются специально изготавливать такие игрушки, чтобы с ранних лет прививать детям интерес к науке.

Список литературы и интернет-источников

1. https://infourok.ru;

2. http://www.mintorgmuseum.ru;

3. https://multiurok.ru;

4. https://nsportal.ru;

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

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

Приложение